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7/21/2019 Reporte Experiencia Profesional Marco Anaya http://slidepdf.com/reader/full/reporte-experiencia-profesional-marco-anaya 1/59 DIMENSIONAMIENTO Y OPTIMIZACION DE RED GPRS PARA OFRECER SERVICIOS DE BANDA ANCHA Y PREPAGO  1/59  DIMENSIONAMIENTO Y OPTIMIZACIÓN DE RED GPRS PARA OFRECER SERVICIOS DE BANDA ANCHA Y PREPAGO MODALIDAD DE TITULACIÓN Opción VI: Por Trabajo Profesional Anaya Martín Marco Antonio No. de Cuenta 09600091-5 Supervisor: Doctor Miguel Moctezuma Flores Ingeniería en Telecomunicaciones Facultad de Ingeniería UNAM Nombre de la Empresa: Radiomovil Dipsa S.A de C.V

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DIMENSIONAMIENTO Y OPTIMIZACIOacuteN DE RED GPRS PARAOFRECER SERVICIOS DE BANDA ANCHA Y PREPAGO

MODALIDAD DE TITULACIOacuteNOpcioacuten VI Por Trabajo Profesional

Anaya Martiacuten Marco AntonioNo de Cuenta 09600091-5

Supervisor Doctor Miguel Moctezuma Flores

Ingenieriacutea en TelecomunicacionesFacultad de Ingenieriacutea

UNAM

Nombre de la Empresa Radiomovil Dipsa SA de CV

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Agradecimientos

Quiero agradecer a mi familia por el amor y el apoyo incondicional que me han dado sinel ejemplo de vida que he aprendido de todos y cada uno de ustedes no seria la personaque soy ahora

Agradezco a la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico a la Facultad de Ingenieriacuteay a todos los maestros que he tenido por haberme brindado una formacioacuten integralbrindaacutendome las bases soacutelidas que me permitiraacuten vencer cualquier reto en la vida

A mis amigos gracias por ensentildearme lo que es realmente valioso en la vida

A todas y cada una de las personas con las que defendiacute los colores de nuestra institucioacutenen el emparrillado ya que de ustedes aprendiacute el significado del sacrificio y trabajo enequipo

Por ultimo quiero agradecer a las personas con las que me he desarrolladoprofesionalmente durante los uacuteltimos 3 antildeos debido a ustedes es que me he obligado aser mejor cada diacutea

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ldquoThe knowledge has no value if it is not sharedrdquo

ldquoThe life is shorthelliphelliphelliphellip Play Hard

No Fearrdquo

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Iacutendice

Capitulo 1 Introduccioacuten

11

Objetivo 9

12 Problemaacutetica 10

13 Aportaciones 10

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

21 Descripcioacuten de servicios de datos 11

22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso 12

221 GSM 12222 WCDMA 13

23 Arquitectura de Red GPRS 14

231 MS 142311 SIM

232 BSS 152321 Radio bases2322 BSC

233 Interfaz Gb 162331 Frame Relay233 2 BSSGP2333 LLC y SNDCP

234 RNS 182341 Nodo B2342 RNC

235 Interfaz Iu 182351 RANAP2352 SCCP2353 GTP

236 Interfaz Gr y Gf 192361 SS7

237 HLR 20238 EIR 21239 SGSN

2391 Manejo de Sesioacuten y Movilidad2310 Interfaz Gn 212311 DNS 222312 GGSN 22

23121 APN2313 Interfaz Gi 232314 Interfaz Gy 24

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23141 Diameter23142 Radius

2315 Border Gateway 242316 Interfaz Gp 25

Capiacutetulo 3 Dimensionamiento

31 Integracioacuten 3G 27

311 Dimensionamiento Iu 27312 Dimensionamiento SGSN 28313 Dimensionamiento Gn 30314 Dimensionamiento GGSN 30315 Dimensionamiento Gi 31

32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS 32

321 Aumento de usuarios registrados 32322 Dimensionamiento de Gb 33323 Anaacutelisis de impacto de usuarios prepago en SGSN 33324 Dimensionamiento Gr 35325 Dimensionamiento GGSN para usuario prepago 37326 Dimensionamiento Gy 39

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

41 Adecuaciones necesarias para 2G 42

411 Expansiones de Gb 42412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos 44413 Capacidad de Interfaz Gr 44

4131 SIGTRAN414 Capacidad interfaz Gy 48415 Capacidad de RADIUS 49

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha 50

422 Clusters regionales 51423 Migracioacuten a nueva red de transporte 52

4231 Anaacutelisis de Traacutefico4232 Cambio de configuracioacuten en Gn y Gi

424 Direct Tunnel 55

Capitulo 5 CONCLUSIONES 57

BIBLIOGRAFIacuteA 59

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Iacutendice de Figuras

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

Figura 21 Arquitectura de Servicios de Datos 11Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM 12Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigos ortogonales 13Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS 14Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um 16

Figura 26 Protocolos utilizados en la interfaz Iu 18Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gf para SIGTRAN y TDM 20Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn 22Figura 29 Interfaz Gi 23Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy 24

Capitulo 3 Dimensionamiento

Figura 31 Encabezado GTP 31

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

Figura 41 Arquitectura de Red 41

Figura 42 Expansioacuten de Gb 43Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr 45Figura 44 Expansioacuten de Gr 45Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia 46Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia 46Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson 47Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA 48Figura 49 Clusters Regionales 51Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional 51Figura 411 Nueva red de transporte 52Figura 412 Anaacutelisis de trafico local 53Figura 413 Configuracioacuten IP Actual 53Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP 54

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel 56

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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DIMENSIONAMIENTO Y OPTIMIZACION DE RED GPRSPARA OFRECER SERVICIOS DE BANDA ANCHA Y PREPAGO

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Agradecimientos

Quiero agradecer a mi familia por el amor y el apoyo incondicional que me han dado sinel ejemplo de vida que he aprendido de todos y cada uno de ustedes no seria la personaque soy ahora

Agradezco a la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico a la Facultad de Ingenieriacuteay a todos los maestros que he tenido por haberme brindado una formacioacuten integralbrindaacutendome las bases soacutelidas que me permitiraacuten vencer cualquier reto en la vida

A mis amigos gracias por ensentildearme lo que es realmente valioso en la vida

A todas y cada una de las personas con las que defendiacute los colores de nuestra institucioacutenen el emparrillado ya que de ustedes aprendiacute el significado del sacrificio y trabajo enequipo

Por ultimo quiero agradecer a las personas con las que me he desarrolladoprofesionalmente durante los uacuteltimos 3 antildeos debido a ustedes es que me he obligado aser mejor cada diacutea

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ldquoThe knowledge has no value if it is not sharedrdquo

ldquoThe life is shorthelliphelliphelliphellip Play Hard

No Fearrdquo

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Iacutendice

Capitulo 1 Introduccioacuten

11

Objetivo 9

12 Problemaacutetica 10

13 Aportaciones 10

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

21 Descripcioacuten de servicios de datos 11

22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso 12

221 GSM 12222 WCDMA 13

23 Arquitectura de Red GPRS 14

231 MS 142311 SIM

232 BSS 152321 Radio bases2322 BSC

233 Interfaz Gb 162331 Frame Relay233 2 BSSGP2333 LLC y SNDCP

234 RNS 182341 Nodo B2342 RNC

235 Interfaz Iu 182351 RANAP2352 SCCP2353 GTP

236 Interfaz Gr y Gf 192361 SS7

237 HLR 20238 EIR 21239 SGSN

2391 Manejo de Sesioacuten y Movilidad2310 Interfaz Gn 212311 DNS 222312 GGSN 22

23121 APN2313 Interfaz Gi 232314 Interfaz Gy 24

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23141 Diameter23142 Radius

2315 Border Gateway 242316 Interfaz Gp 25

Capiacutetulo 3 Dimensionamiento

31 Integracioacuten 3G 27

311 Dimensionamiento Iu 27312 Dimensionamiento SGSN 28313 Dimensionamiento Gn 30314 Dimensionamiento GGSN 30315 Dimensionamiento Gi 31

32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS 32

321 Aumento de usuarios registrados 32322 Dimensionamiento de Gb 33323 Anaacutelisis de impacto de usuarios prepago en SGSN 33324 Dimensionamiento Gr 35325 Dimensionamiento GGSN para usuario prepago 37326 Dimensionamiento Gy 39

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

41 Adecuaciones necesarias para 2G 42

411 Expansiones de Gb 42412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos 44413 Capacidad de Interfaz Gr 44

4131 SIGTRAN414 Capacidad interfaz Gy 48415 Capacidad de RADIUS 49

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha 50

422 Clusters regionales 51423 Migracioacuten a nueva red de transporte 52

4231 Anaacutelisis de Traacutefico4232 Cambio de configuracioacuten en Gn y Gi

424 Direct Tunnel 55

Capitulo 5 CONCLUSIONES 57

BIBLIOGRAFIacuteA 59

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Iacutendice de Figuras

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

Figura 21 Arquitectura de Servicios de Datos 11Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM 12Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigos ortogonales 13Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS 14Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um 16

Figura 26 Protocolos utilizados en la interfaz Iu 18Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gf para SIGTRAN y TDM 20Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn 22Figura 29 Interfaz Gi 23Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy 24

Capitulo 3 Dimensionamiento

Figura 31 Encabezado GTP 31

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

Figura 41 Arquitectura de Red 41

Figura 42 Expansioacuten de Gb 43Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr 45Figura 44 Expansioacuten de Gr 45Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia 46Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia 46Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson 47Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA 48Figura 49 Clusters Regionales 51Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional 51Figura 411 Nueva red de transporte 52Figura 412 Anaacutelisis de trafico local 53Figura 413 Configuracioacuten IP Actual 53Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP 54

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel 56

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Agradecimientos

Quiero agradecer a mi familia por el amor y el apoyo incondicional que me han dado sinel ejemplo de vida que he aprendido de todos y cada uno de ustedes no seria la personaque soy ahora

Agradezco a la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico a la Facultad de Ingenieriacuteay a todos los maestros que he tenido por haberme brindado una formacioacuten integralbrindaacutendome las bases soacutelidas que me permitiraacuten vencer cualquier reto en la vida

A mis amigos gracias por ensentildearme lo que es realmente valioso en la vida

A todas y cada una de las personas con las que defendiacute los colores de nuestra institucioacutenen el emparrillado ya que de ustedes aprendiacute el significado del sacrificio y trabajo enequipo

Por ultimo quiero agradecer a las personas con las que me he desarrolladoprofesionalmente durante los uacuteltimos 3 antildeos debido a ustedes es que me he obligado aser mejor cada diacutea

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ldquoThe knowledge has no value if it is not sharedrdquo

ldquoThe life is shorthelliphelliphelliphellip Play Hard

No Fearrdquo

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Iacutendice

Capitulo 1 Introduccioacuten

11

Objetivo 9

12 Problemaacutetica 10

13 Aportaciones 10

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

21 Descripcioacuten de servicios de datos 11

22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso 12

221 GSM 12222 WCDMA 13

23 Arquitectura de Red GPRS 14

231 MS 142311 SIM

232 BSS 152321 Radio bases2322 BSC

233 Interfaz Gb 162331 Frame Relay233 2 BSSGP2333 LLC y SNDCP

234 RNS 182341 Nodo B2342 RNC

235 Interfaz Iu 182351 RANAP2352 SCCP2353 GTP

236 Interfaz Gr y Gf 192361 SS7

237 HLR 20238 EIR 21239 SGSN

2391 Manejo de Sesioacuten y Movilidad2310 Interfaz Gn 212311 DNS 222312 GGSN 22

23121 APN2313 Interfaz Gi 232314 Interfaz Gy 24

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23141 Diameter23142 Radius

2315 Border Gateway 242316 Interfaz Gp 25

Capiacutetulo 3 Dimensionamiento

31 Integracioacuten 3G 27

311 Dimensionamiento Iu 27312 Dimensionamiento SGSN 28313 Dimensionamiento Gn 30314 Dimensionamiento GGSN 30315 Dimensionamiento Gi 31

32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS 32

321 Aumento de usuarios registrados 32322 Dimensionamiento de Gb 33323 Anaacutelisis de impacto de usuarios prepago en SGSN 33324 Dimensionamiento Gr 35325 Dimensionamiento GGSN para usuario prepago 37326 Dimensionamiento Gy 39

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

41 Adecuaciones necesarias para 2G 42

411 Expansiones de Gb 42412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos 44413 Capacidad de Interfaz Gr 44

4131 SIGTRAN414 Capacidad interfaz Gy 48415 Capacidad de RADIUS 49

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha 50

422 Clusters regionales 51423 Migracioacuten a nueva red de transporte 52

4231 Anaacutelisis de Traacutefico4232 Cambio de configuracioacuten en Gn y Gi

424 Direct Tunnel 55

Capitulo 5 CONCLUSIONES 57

BIBLIOGRAFIacuteA 59

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Iacutendice de Figuras

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

Figura 21 Arquitectura de Servicios de Datos 11Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM 12Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigos ortogonales 13Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS 14Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um 16

Figura 26 Protocolos utilizados en la interfaz Iu 18Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gf para SIGTRAN y TDM 20Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn 22Figura 29 Interfaz Gi 23Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy 24

Capitulo 3 Dimensionamiento

Figura 31 Encabezado GTP 31

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

Figura 41 Arquitectura de Red 41

Figura 42 Expansioacuten de Gb 43Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr 45Figura 44 Expansioacuten de Gr 45Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia 46Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia 46Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson 47Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA 48Figura 49 Clusters Regionales 51Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional 51Figura 411 Nueva red de transporte 52Figura 412 Anaacutelisis de trafico local 53Figura 413 Configuracioacuten IP Actual 53Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP 54

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel 56

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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ldquoThe knowledge has no value if it is not sharedrdquo

ldquoThe life is shorthelliphelliphelliphellip Play Hard

No Fearrdquo

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Iacutendice

Capitulo 1 Introduccioacuten

11

Objetivo 9

12 Problemaacutetica 10

13 Aportaciones 10

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

21 Descripcioacuten de servicios de datos 11

22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso 12

221 GSM 12222 WCDMA 13

23 Arquitectura de Red GPRS 14

231 MS 142311 SIM

232 BSS 152321 Radio bases2322 BSC

233 Interfaz Gb 162331 Frame Relay233 2 BSSGP2333 LLC y SNDCP

234 RNS 182341 Nodo B2342 RNC

235 Interfaz Iu 182351 RANAP2352 SCCP2353 GTP

236 Interfaz Gr y Gf 192361 SS7

237 HLR 20238 EIR 21239 SGSN

2391 Manejo de Sesioacuten y Movilidad2310 Interfaz Gn 212311 DNS 222312 GGSN 22

23121 APN2313 Interfaz Gi 232314 Interfaz Gy 24

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23141 Diameter23142 Radius

2315 Border Gateway 242316 Interfaz Gp 25

Capiacutetulo 3 Dimensionamiento

31 Integracioacuten 3G 27

311 Dimensionamiento Iu 27312 Dimensionamiento SGSN 28313 Dimensionamiento Gn 30314 Dimensionamiento GGSN 30315 Dimensionamiento Gi 31

32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS 32

321 Aumento de usuarios registrados 32322 Dimensionamiento de Gb 33323 Anaacutelisis de impacto de usuarios prepago en SGSN 33324 Dimensionamiento Gr 35325 Dimensionamiento GGSN para usuario prepago 37326 Dimensionamiento Gy 39

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

41 Adecuaciones necesarias para 2G 42

411 Expansiones de Gb 42412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos 44413 Capacidad de Interfaz Gr 44

4131 SIGTRAN414 Capacidad interfaz Gy 48415 Capacidad de RADIUS 49

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha 50

422 Clusters regionales 51423 Migracioacuten a nueva red de transporte 52

4231 Anaacutelisis de Traacutefico4232 Cambio de configuracioacuten en Gn y Gi

424 Direct Tunnel 55

Capitulo 5 CONCLUSIONES 57

BIBLIOGRAFIacuteA 59

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Iacutendice de Figuras

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

Figura 21 Arquitectura de Servicios de Datos 11Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM 12Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigos ortogonales 13Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS 14Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um 16

Figura 26 Protocolos utilizados en la interfaz Iu 18Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gf para SIGTRAN y TDM 20Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn 22Figura 29 Interfaz Gi 23Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy 24

Capitulo 3 Dimensionamiento

Figura 31 Encabezado GTP 31

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

Figura 41 Arquitectura de Red 41

Figura 42 Expansioacuten de Gb 43Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr 45Figura 44 Expansioacuten de Gr 45Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia 46Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia 46Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson 47Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA 48Figura 49 Clusters Regionales 51Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional 51Figura 411 Nueva red de transporte 52Figura 412 Anaacutelisis de trafico local 53Figura 413 Configuracioacuten IP Actual 53Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP 54

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel 56

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Iacutendice

Capitulo 1 Introduccioacuten

11

Objetivo 9

12 Problemaacutetica 10

13 Aportaciones 10

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

21 Descripcioacuten de servicios de datos 11

22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso 12

221 GSM 12222 WCDMA 13

23 Arquitectura de Red GPRS 14

231 MS 142311 SIM

232 BSS 152321 Radio bases2322 BSC

233 Interfaz Gb 162331 Frame Relay233 2 BSSGP2333 LLC y SNDCP

234 RNS 182341 Nodo B2342 RNC

235 Interfaz Iu 182351 RANAP2352 SCCP2353 GTP

236 Interfaz Gr y Gf 192361 SS7

237 HLR 20238 EIR 21239 SGSN

2391 Manejo de Sesioacuten y Movilidad2310 Interfaz Gn 212311 DNS 222312 GGSN 22

23121 APN2313 Interfaz Gi 232314 Interfaz Gy 24

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23141 Diameter23142 Radius

2315 Border Gateway 242316 Interfaz Gp 25

Capiacutetulo 3 Dimensionamiento

31 Integracioacuten 3G 27

311 Dimensionamiento Iu 27312 Dimensionamiento SGSN 28313 Dimensionamiento Gn 30314 Dimensionamiento GGSN 30315 Dimensionamiento Gi 31

32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS 32

321 Aumento de usuarios registrados 32322 Dimensionamiento de Gb 33323 Anaacutelisis de impacto de usuarios prepago en SGSN 33324 Dimensionamiento Gr 35325 Dimensionamiento GGSN para usuario prepago 37326 Dimensionamiento Gy 39

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

41 Adecuaciones necesarias para 2G 42

411 Expansiones de Gb 42412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos 44413 Capacidad de Interfaz Gr 44

4131 SIGTRAN414 Capacidad interfaz Gy 48415 Capacidad de RADIUS 49

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha 50

422 Clusters regionales 51423 Migracioacuten a nueva red de transporte 52

4231 Anaacutelisis de Traacutefico4232 Cambio de configuracioacuten en Gn y Gi

424 Direct Tunnel 55

Capitulo 5 CONCLUSIONES 57

BIBLIOGRAFIacuteA 59

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Iacutendice de Figuras

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

Figura 21 Arquitectura de Servicios de Datos 11Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM 12Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigos ortogonales 13Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS 14Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um 16

Figura 26 Protocolos utilizados en la interfaz Iu 18Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gf para SIGTRAN y TDM 20Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn 22Figura 29 Interfaz Gi 23Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy 24

Capitulo 3 Dimensionamiento

Figura 31 Encabezado GTP 31

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

Figura 41 Arquitectura de Red 41

Figura 42 Expansioacuten de Gb 43Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr 45Figura 44 Expansioacuten de Gr 45Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia 46Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia 46Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson 47Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA 48Figura 49 Clusters Regionales 51Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional 51Figura 411 Nueva red de transporte 52Figura 412 Anaacutelisis de trafico local 53Figura 413 Configuracioacuten IP Actual 53Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP 54

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel 56

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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23141 Diameter23142 Radius

2315 Border Gateway 242316 Interfaz Gp 25

Capiacutetulo 3 Dimensionamiento

31 Integracioacuten 3G 27

311 Dimensionamiento Iu 27312 Dimensionamiento SGSN 28313 Dimensionamiento Gn 30314 Dimensionamiento GGSN 30315 Dimensionamiento Gi 31

32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS 32

321 Aumento de usuarios registrados 32322 Dimensionamiento de Gb 33323 Anaacutelisis de impacto de usuarios prepago en SGSN 33324 Dimensionamiento Gr 35325 Dimensionamiento GGSN para usuario prepago 37326 Dimensionamiento Gy 39

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

41 Adecuaciones necesarias para 2G 42

411 Expansiones de Gb 42412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos 44413 Capacidad de Interfaz Gr 44

4131 SIGTRAN414 Capacidad interfaz Gy 48415 Capacidad de RADIUS 49

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha 50

422 Clusters regionales 51423 Migracioacuten a nueva red de transporte 52

4231 Anaacutelisis de Traacutefico4232 Cambio de configuracioacuten en Gn y Gi

424 Direct Tunnel 55

Capitulo 5 CONCLUSIONES 57

BIBLIOGRAFIacuteA 59

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Iacutendice de Figuras

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

Figura 21 Arquitectura de Servicios de Datos 11Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM 12Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigos ortogonales 13Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS 14Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um 16

Figura 26 Protocolos utilizados en la interfaz Iu 18Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gf para SIGTRAN y TDM 20Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn 22Figura 29 Interfaz Gi 23Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy 24

Capitulo 3 Dimensionamiento

Figura 31 Encabezado GTP 31

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

Figura 41 Arquitectura de Red 41

Figura 42 Expansioacuten de Gb 43Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr 45Figura 44 Expansioacuten de Gr 45Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia 46Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia 46Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson 47Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA 48Figura 49 Clusters Regionales 51Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional 51Figura 411 Nueva red de transporte 52Figura 412 Anaacutelisis de trafico local 53Figura 413 Configuracioacuten IP Actual 53Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP 54

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel 56

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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Iacutendice de Figuras

Capitulo 2 Marco Teoacuterico

Figura 21 Arquitectura de Servicios de Datos 11Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM 12Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigos ortogonales 13Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS 14Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um 16

Figura 26 Protocolos utilizados en la interfaz Iu 18Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gf para SIGTRAN y TDM 20Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn 22Figura 29 Interfaz Gi 23Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy 24

Capitulo 3 Dimensionamiento

Figura 31 Encabezado GTP 31

Capitulo 4 Anaacutelisis de Red

Figura 41 Arquitectura de Red 41

Figura 42 Expansioacuten de Gb 43Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr 45Figura 44 Expansioacuten de Gr 45Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia 46Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia 46Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson 47Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA 48Figura 49 Clusters Regionales 51Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional 51Figura 411 Nueva red de transporte 52Figura 412 Anaacutelisis de trafico local 53Figura 413 Configuracioacuten IP Actual 53Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP 54

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel 56

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

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Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Capiacutetulo 1

INTRODUCCIOacuteNLos servicios de datos moacuteviles han tenido un desarrollo muy importante en los uacuteltimosantildeos esto se ha visto reflejado en el gran numero de servicios y aplicaciones que existenhoy en diacutea sin embargo siempre habiacutea existido una limitacioacuten en cuanto al ancho debanda ofrecido por los operadores celulares

Hace un antildeo el servicio de datos ofrecido por TELCEL estaba basado en EDGE con elcual llegaacutebamos a 240[kbps] Esta tecnologiacutea fue utilizada desde el 2002 y cubriacutea muy bienlas necesidades de los usuarios sin embargo los moacuteviles mejoraron sus capacidades de

procesamiento y memoria por lo que cada vez se requiere maacutes ancho de banda paraexplotar estas nuevas capacidades El servicio de banda ancha ya es ofrecido poroperadores de televisioacuten y telefoniacutea fija sin embargo siempre tendraacuten la limitante de lainfraestructura necesaria para cada cliente nuevo por otro lado la infraestructura celularpuede ofrecer este servicio con penetracioacuten maacutes raacutepida por lo que es crucial realizar lamigracioacuten a redes de tercera generacioacuten

La transicioacuten de segunda a tercera generacioacuten se realiza primordialmente en la tecnologiacuteade acceso a radio ya que hay que implementar una algo totalmente distinto En 2G se usamultiplexaje por divisioacuten de frecuencia combinado con ventanas de tiempo GSM en 3Gse utiliza WCDMA Para esto es necesario instalar nuevos nodos RNCacutes y Nodos B asiacute

como el backbone necesario para comunicarlos

En lo que se refiere al Core de datos SGSN y GGSN simplemente necesitamos tener lacapacidad suficiente para transportar y procesar el trafico que requieren los usuarios nohay nodos nuevos ya que GPRS ha sido disentildeado de manera modular separando el Radiodel Core de datos de esta forma puede haber cambios en cualquier parte sin afectar a lasdemaacutes consiguiendo de esta forma que 2G y 3G convivan en la misma red

Al poder ofrecer servicios de transmisioacuten de datos de alta velocidad era necesario ampliarlos servicios que se le ofreciacutean al usuario y esto implico nuevos requerimientos comointegracioacuten con el sistema de prepago para cobro en tiempo real y cobro diferenciado de

acuerdo al tipo de traacutefico del usuario Esto repercute principalmente el las capacidades delos equipos ya que estas nuevas funcionalidades demanda mayor procesamiento

Para poder afrontar estos nuevos retos es necesario modificar la filosofiacutea que se utilizabaen el disentildeo de las redes 2G teniacutea equipos encargados de administrar la movilidad y elacceso a la red de manera regional SGSNacutes estos equipos se comunicaban con las redesip a traveacutes de un gateway central GGSN Esto era factible ya que lo importante era darlesacceso a los usuarios el trafico necesario para cubrir sus necesidades era bajo y podiacutea sermanejado y transportado de manera simple

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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Al tener una demanda de traacutefico mayor se presentan dos problemas con la arquitecturacentralizada la capacidad que el GGSN debe tener es muy grande y el costo de la

infraestructura y enlaces necesarios para transporte es muy alto por lo que el redisentildeo dela Red es necesario

Para poder realizar esta tarea es necesario dimensionar nuestra red el saber cual es lacapacidad de los equipos y enlaces de transportes necesarios nos daraacute la visioacuten necesariapara establecer un plan de trabajo que nos permita realizar las adecuaciones necesariaspara ofrecer a nuestros clientes un buen servicio Lo maacutes importante es no dejar derealizar ingenieriacutea proactiva por ingenieriacutea reactiva

11 Objetivo

Este reporte fue hecho para mostrar y explicar el proceso necesario paradimensionamiento y desarrollo de foacutermulas anaacutelisis de arquitectura de red y accionescorrectivas necesarias

12 Problemaacutetica

Para poder integrar correctamente servicios de 3G y prepago a la red es necesario realizarun dimensionamiento que involucre todas las interfaces y nodos que conforman nuestra

red Esto siempre habiacutea sido realizado por nuestros proveedores de manera individual yaque nuestra red esta compuesta por equipos de distintas marcas es necesario realizar esteejercicio con una visioacuten total de la red es por eso que realizamos estas premisas dedimensionamiento

13

Aportaciones

Como miembro del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSPacket Core misprincipales aportaciones fueron el disentildeo de la formulas de dimensionamiento anaacutelisis deimpacto sobre la arquitectura de red actual y generar todos los procedimientos necesariospara implementar los cambios requeridos

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

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22 Descripcioacuten de Tecnologiacuteas de Acceso

Actualmente las mayoriacuteas de las redes en el mundo utilizan 3 tipos de tecnologiacuteas deacceso GSM CDMA y WCDMA En la red que analizaremos se tienen conviviendoGSM y WCDMA por lo que daremos una breve descripcioacuten de su funcionamiento

221 GSM

Cuando se implementaron las primeras redes celulares con GSM lo que se haciacutea eraasignar un circuito al usuario y se transmitiacutea la voz Estos circuitos se creaban en 2dominios frecuencia y tiempo Primero se subdividiacutea al espectro en canales de 250[Khz] posteriormente se subdivide la utilizacioacuten de este canal en 8 ventanas de tiempo en la

que cada usuario puede transmitir utilizando el espectro asignado por completo (veacuteasefigura 22)

En esta tecnologiacutea se codifica la voz de manera digital con esto se logro principalmentehacer un uso maacutes eficiente del espectro electromagneacutetico ya que mediante meacutetodos de

codificacioacuten proteccioacuten contra errores y algoritmos predictivos maacutes complejos es posibletrasmitir la voz humana con una taza de transmisioacuten maacutes baja lo importante es tener encuenta que desde este momento ya se transmitiacutean datos a los usuarios

En GSM se han implementado varias soluciones para la transmisioacuten de datos la primerade ellas HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data ) simplemente utilizo los canalesdedicados de voz para transmitir datos le estaacutebamos dando un uso distinto al medio detransporte ya existente Con esta tecnologiacutea podiacuteamos transmitir hasta 14[kbps] por cadacanal asignado al usuario esto representa un uso muy ineficiente de los recursos ya que lamayoriacutea de las aplicaciones de datos transmiten en raacutefagas por lo que tener un canalasignado todo el tiempo no era una solucioacuten viable

Figura 22 Asignacioacuten de circuitos en GSM

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

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Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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El siguiente paso fue migrar la transmisioacuten de datos de los circuitos conmutados hacia lospaquetes conmutados el principio es muy simple los recursos de transmisioacuten seraacuten

asignados bajo demanda con esto se administran mucho mejor los recursos de radio

GPRS implementado sobre GSM utiliza como tecnologiacutea de acceso la misma que la vozlas ventanas de tiempo utilizadas para voz ahora son asignados bajo demanda paratransmitir el trafico de los usuarios la modulacioacuten utilizada es GMSK alcanzando unmaacuteximo teoacuterico de 20[kbps] por TS En EDGE ( Enchanced Data for GPRS Evolution )principalmente se mejoro el tipo de modulacioacuten a 8PSK y con esto se alcanzaronvelocidades 3 veces mayores 60[kbps] teoacutericos

La velocidad de transmisioacuten que alcanza un usuario estaacute dictada por cuantas ventanas detiempo soporta la terminal del usuario y cuantas les pueda asignar la red asiacute como las

condiciones de radio

222 WCDMA

En las redes de tercera generacioacuten se utiliza una nueva tecnologiacutea de acceso en radioespectro disperso La informacioacuten se codifica con vectores matemaacuteticos ortogonalesestos coacutedigos tienen una caracteriacutestica muy especial ya que si son mezclados entre ellossiempre seraacute posible separarlos mediante algoritmosSi dos o maacutes usuarios requieren transmitir al mismo tiempo utilizando todo el ancho debanda del mismo canal de frecuencia solamente tenemos que codificar la informacioacuten decada uno con un coacutedigo ortogonal distinto (veacutease figura 23) El detalle maacutes importante es

cuidar que todos los usuarios transmitan y reciban a una potencia similar ya que sialguno lo hace con demasiada provocara que las demaacutes sentildeales sean indistinguibles

Figura 23 Utilizacioacuten de frecuencia y tiempo por coacutedigosortogonales

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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Debido a que los usuarios pueden utilizar todo el ancho de banda y nuevas teacutecnicas demodulacioacuten utilizadas es posible alcanzar velocidades de transmisioacuten superiores a los

7[Mbps]

23 Arquitectura de Red GPRS

GPRS puede ser dividido en dos grandes dominios (vease figura 24)

El dominio de movilidad se encarga de saber fiacutesicamente donde estaacuten los usuarios yproveer las funciones de seguridad necesarias para mantener todo tiempo laconfidencialidad del usuario El SGSN ( Serving GPRS Service Node ) se encarga deadministrar estas tareas

En el dominio de Sesioacuten lo importante es comunicar al usuario con la red IP que desee esnecesario saber a doacutende quiere comunicarse y como enviarle la informacioacuten de regresoEsto lo hace el GGSN ( Gateway GPRS Suport Node ) este nodo funciona como unGateway de salida hacia los diferentes servicios que ofrecemos

GPRS tiene que hacer converger la movilidad de una red celular con el acceso a cualquierred ip para entender esto es necesario tener un panorama general de los nodosinvolucrados en el proceso y de los protocolos que los comunican

231 MS

El ldquoMobile Stationrdquo estaacute compuesto por el ldquoMobile Terminalrdquo el equipo con el cual elusuario accesa a la red este puede ser un teleacutefono celular o un modem y el ldquoTerminalEquipmentrdquo que es la aplicacioacuten que utiliza el usuario para interactuar con la red de

Figura 24 Dominio de Movilidad y Sesioacuten en GPRS

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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datos a la que desea llegar puede estar contenida en una laptop un cajero ATM o unequipo de localizacioacuten satelital

En GSM la interaccioacuten de los MS con la Red puede ser de 3 formasbull Clase A Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pueden utilizar

ambos servicios simultaacuteneamentebull Clase B Los MS estaacuten registrados en ambos dominios PS y CS pero solo

pueden utilizar un servicio a la vezbull Clase C Los MS estaacuten registrados solamente a GPRS

En WCDMA estos modos de operacioacuten se simplifican de la siguiente forma

bull PSCS Los MS estaacuten registrados en ambos dominios y utilizan ambos serviciosbull PS Los MS solo se registran en GPRS

2312 SIM

El ldquoSubscriber Identity Modulerdquo es una tarjeta inteligente que almacena la identidad delusuario Este modulo cumple con funciones muy baacutesicas como son

bull Seguridad mantener la informacioacuten del usuario protegida mediante claves quesolamente eacutel conoce

bull Autenticacioacuten permitirle a la red el poder identificar al usuario utilizando el IMSIy las llaves de cifrado almacenadas

bull

Memoria almacenando datos del usuario y ciertas aplicaciones del proveedormismoLa principal diferencia entre la simacutes de GSM y las de WCDMA es que estas uacuteltimasdeben almacenar llaves de cifrado maacutes grande asiacute como tener una capacidad de memoriamayor

232 BSS

En GSM la parte de acceso se llama BSS ldquoBase Station Subsystemrdquo esto estaacute compuestopor la Radio base y la BSC

2321 Radio basesLas radio bases son el equipo encargado de transmitir y recibir informacioacuten sobre lainterfaz de radio permitiendo la comunicacioacuten entre el MS y la Un grupo de radio basesestaacute controlado por una BSC En este primer punto es donde se hace la separacioacuten detraacutefico en CS y PS

2322 BSC

La BSC ldquoBase Station Controllerrdquo se encarga de establecer supervisar y desconectar anivel de radio las sesiones de voz y datos Esto lo hace controlando los procesos de

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

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Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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Handover asignacioacuten de canales controlando los paraacutemetros de configuracioacuten en lasceldas etc La BSC es quien direcciona el trafico a traveacutes de diferentes interfaces hacia

las MSCrsquos si es de voz o al SGSN si son datos

233 Interfaz Gb

La Gb es la interfaz que comunica al SGSN con la BSC permitiendo el intercambio desentildealizacioacuten entre estos elementos y a su vez permite la transferencia de datos ysentildealizacioacuten directa entre el SGSN y lo MSacutes La Gb le permite al SGSN recibirinformacioacuten de diferentes usuarios sobre el mismo medio fiacutesicoLos protocolos utilizados en la interfaz Gb se pueden dividir en 2 ( veacutease figura 25 )aquellos que comunican a la BSC con el SGSN y los que comunican a los moacutevilesdirectamente con el SGSN

Para transmitir la informacioacuten del usuario se utilizan caminos de transmisioacuten llamados

NSVC ldquo Network Service Virtual Connections rdquo los cuales pueden ser transportados porredes IP o FR Ambas tecnologiacuteas de transporten pueden coexistir en el mismo SGSNesto permite que las migraciones tengan un impacto menor en el servicio En el caso deTelcel la tecnologiacutea utilizada es Frame Relay

2331 Frame Relay

Frame Relay es un protocolo de transmisioacuten de datos simple para obtener una granvelocidad en la conmutacioacuten de paquetes Frame Relay es un servicio orientado aconexioacuten en GPRS este protocolo es utilizado para proveer comunicacioacuten entre dos

Figura 25 Protocolos utilizados en la interfaz Gb y Um

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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puntos remotos en la capa de Enlace a traveacutes de circuitos virtuales El path de transmisioacutenfiacutesico consiste en Timeslots en un circuito PCM entre el SGSN y la BSC

Utilizando esta tecnologiacutea como transporte la BSC es configurada como usuario y elSGSN como servidor En la BSC cada PCU ldquoPacket Control Unitrdquo representa un NSEldquoNetwork Service Entityrdquo como un identificador propio en el caso de Telcel cada BSCtiene un PCU y esta etiqueta se utiliza en toda la informacioacuten proveniente de esa BSCCada celda tiene un BVC propio ldquoBSSGP virtual connectionrdquo y de esta forma esidentificada en el SGSN La PCU en cada BSC se encarga del multiplexaje de los BVCacutesen NSVC ldquoNetowrk Service Virtual Circuitsrdquo estos son los circuitos de FR en siacute y de ladistribucioacuten de carga entre estos canales

233 2 BSSGP

Base Station Subsystem GPRS Protocol provee calidad de servicio relacionada a lainterfaz aire la informacioacuten de ruteo necesaria para transportar la informacioacuten del usuarioal SGSN Paging de los usuarios y controla todos los procesos necesarios para coordinarel transporte de la informacioacuten del usuario ya sea traacutefico o sentildealizacioacuten Una funcioacutenextra de este protocolo es el intercambio de informacioacuten de radio entre distintas BSCacutes alno haber una interfaz que las comunique directamente utilizan a la Gb para esto medianteel proceso ldquoInter-BSC Network Assisted Cell Changerdquo esto es muy importante ya quecon esto se reduce el tiempo necesario para realizar Handover ayudando a un mejordesempentildeo de aplicaciones sensibles a los retrasos como POC y videostreaming

2333 LLC y SNDCP

El propoacutesito del protocolo LLC ldquoLogical Link Controlrdquo es el transporte de informacioacutenentre entidades de capa 3 en el moacutevil y en el SGSN El protocolo LLC opera encima delas capas RLC y BSSGP de esta forma puede proveer un enlace confiable El protocoloSNDCP ldquoSubnetwork Dependent Convergence Protocolrdquo estaacute por encima del LLC y estaacuteencargado de controlar la trasferencia de la informacioacuten del usuario en N-PDUacutes

Las principales funciones del protocolo LLC son

bull Proveer una o maacutes conexioacuten loacutegicas diferenciadas por el DLCIbull Mantener un control en la secuencia de las tramas enviadas

bull Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten formato y operacioacuten en lasconexiones loacutegicas

bull Notificar cuando no es posible corregir los erroresbull Cifrado

Las principales funciones de SNDCP

bull Transferir y recibir datos desde el protocolo GTP hacia LLCbull Multiplexar todos los N-PDUacutes de un mismo usuario en una conexioacuten LLCbull Establecer controlar y eliminar las conexiones punto a punto en la capa LLCbull Compresioacuten de la informacioacuten de los usuarios encabezados y payload

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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3359

( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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3459

El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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3659

tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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3959

326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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2351 RANAP

Ranap es el usuario directo de SCCP Este protocolo utiliza sentildealizacioacuten orientada aconexioacuten para cada MS tambieacuten maneja sentildealizacioacuten no orientada a conexioacuten paratransmitir los mensajes entre el SGSN y la RNC Las funciones de RANAP incluyen elmanejo total de los procesos necesarios para establecer borrar y modificar los RABacutes delos usuarios en la interfaz Iu Paging de usuarios manejo de los procesos ldquosecurity modecontrol y common idrdquo y el manejo de los mensajes de sentildealizacioacuten necesarios para lareasignacioacuten de la RNC durante los cambios de cobertura RANAP tambieacuten es capaz detransportar de forma transparente entre el MS y SGSN todos los mensajes necesarios paraMobility y Session ManagementToda la comunicacioacuten entre el SGSN y la RNC estaacute basada en IP debido a eso RANAPutiliza SIGTRAN (SS7 sobre IP) como medio de transporte

2352 SCCP

SCCP (Signaling Connection Control Part) es la capa de transporte de SS7 Susfunciones principales son el manejo del direccionamiento necesario para hacer llegar losmensajes entre puntos terminales de sentildealizacioacuten en nuestro caso el SGSN y la RNC yla traduccioacuten de direcciones entre MTP ndashL3 y M3UA SCCP provee transporte tanto paraservicios orientados o no a conexioacuten en nuestro caso utilizamos el orientado aconexiones de esta forma podemos distinguir la sentildealizacioacuten de cada moacutevilEl traacutefico de sentildealizacioacuten en la Iu C esta direccionado mediante un DPC y un SSN deesta forma se tiene enrutamiento directo a traveacutes del medio de transporte ya sea MTP-L3

(circuitos TDM) o M3UA ( SIGTRAN sentildealizacioacuten sobre IP)

2353 GTP

GTP (GPRS Tunneling Protocol ) encapsula el trafico y lo enviacutea a traveacutes canales virtualesde datos que se establecen entre los nodos en cuestioacuten en este caso entre la RNC y elSGSN Cada tuacutenel GTP en la Iu es establece durante la asignacioacuten de RAB aquiacute es dondecada punto del tuacutenel (SGSN - RNC) enviacutea los TEIDs (GTP Tunnel End point Identifiers)de esta forma se identifica para que usuario es la informacioacuten recibida sin revelar laidentidadUna vez que el encabezado GTP encapsula el trafico del usuario se llama GTP-PDU

esta informacioacuten se transporta hacia la RNC mediante UDP IPLo maacutes importante es comprender las ventajas de utilizar el mismo protocolo detransporte en la interfaz Iu ndash U y la Gn ya que esto nos permitiraacute utilizar unaconfiguracioacuten de red llamada Direct Tunnel

236 Interfaz Gr y Gf

La principal funcioacuten de estas interfaces es la comunicacioacuten entre del HLR y el EIR con elSGSN Ambas interfaces utilizan MAP como protocolo de comunicacioacuten y SS7 comotransporte (veacutease figura 17)

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

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Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

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Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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2361 SS7

SS7 nos permite tener sentildealizacioacuten punto a punto o a traveacutes de un STP Eldireccionamiento en esta interfaz se hace a traveacutes un SPC (Signalling Point Code) queidentifica a cada elemento dentro de nuestra red y un SSN (Subsystem number) queidentifica a cada proceso dentro del nodo al que queremos llegar de esto se encarga MTPL3 o M3UA dependiendo la tecnologiacutea de transporte Los elementos finales de nuestrared como SGSN y HLR son identificados por un GT (Global Title) este identificadoresta formado por el coacutedigo del paiacutes al que pertenece el usuario y el DPC del HLR nativoLa traduccioacuten de este identificador a un DPC y un SSN es realizada por la capa de SCCPsin embargo es configurable que esta traduccioacuten la haga el SGSN o los subsiguientesSTPrsquosPara los mensajes originados por el SGSN el protocolo TCAP es quien provee la

direccioacuten que representara a nuestro nodo en la red de sentildealizacioacuten codificado como unadireccioacuten estaacutendar

237 HLR

El HLR es la base de datos que almacena la informacioacuten de los usuarios aquiacute se guardantodos los datos relacionados con el perfil del subscriptor Los datos maacutes importantes es larelacioacuten IMSI-MSISDN ya que con ella podemos identificar a los usuarios en la red y lauacuteltima localizacioacuten geograacutefica conocida del usuario en cuanto a PS aquiacute se almacenan

Figura 27 Protocolos utilizados en la interfaz Gr y Gfpara SIGTRAN y TDM

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

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Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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Durante el proceso de activacioacuten de contexto PDP se establecen los tuacuteneles GTP estostuacuteneles son diferenciados para cada usuario a traveacutes del indicador Tunnel ID (TEID) uno

para sentildealizacioacuten y otro para trafico de usuario estos indicadores se utilizaran de aquiacute enadelante como la uacutenica forma de identificar a que usuario pertenecen los paquetes atraveacutes de la interfaz Gn y dentro de cada elemento GSNEl transporte en esta interfaz es IP utilizando UDP El tipo de traacutefico en esta interfazsentildealizacioacuten o trafico de usuarios se identifica por el puerto UDP utilizado Eldireccionamiento se basa en las tablas que contiene cada nodo Ambas puntas deben desaber el TEID del usuario y en que nodo GSN esta despueacutes GTP encapsula el paqueteagregando un encabezado IP donde la direccioacuten destino es la del siguiente nodo unSGSN o GGSNAlgo muy importante que hay que entender es el hecho de todos los usuarios son igualesaquiacute sin importar la tecnologiacutea de radio que esteacuten utilizando

2311 DNS

El DNS (Domain Name Server) es un equipo utilizado para traducir dominios endirecciones IP en GPRS es necesario para dos escenarios principalmente la traduccioacuten

de LACacutes (Location Area Code) y de APNacutes (Access Point Name)Cuando un usuario cambio de cobertura ya sea una RNC o BSC el moacutevil lo detectamediante la LAC de la nueva zona geograacutefica por lo que solicita al SGSN que actualicesu informacioacuten si el SGSN no reconoce la LAC de la que proviene el usuario no estadentro de su cobertura geograacutefica por lo que tendraacute que consultar al DNS para saber aque nodo GSN pedir la informacioacuten del usuarioEn el caso de la activacioacuten de PDP el SGSN no sabe que GGSN tiene el serviciosolicitado por el usuario APN para saber esto consulta al DNS

Figura 28 Protocolos utilizados en la interfaz Gn

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

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2312 GGSN

El GGSN enviacutea y recibe paquetes IP entre el SGSN y las redes a las que este conectadoPodemos ver al GGSN como un router depende del servicio que el usuario requiera suinformacioacuten seraacute enviada hacia distintas redes A traveacutes de los procesos de SessionManagement creacioacuten modificacioacuten y borrado de contexto PDP el GGSN recolecta lainformacioacuten necesaria para hacer llegar la informacioacuten a los usuarios asignando una IP alusuario asiacute como varios identificadores de tuacuteneles GTP para saber a que SGSN se debede enviar la informacioacuten recibidaAhora el GGSN puede realizar otras funciones de cobro como son la integracioacuten con lossistemas de Prepago generacioacuten de CDRacutes etc Aunque las mas importante es el DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo para poder realizador un cobro diferenciado de acuerdo a losservicios es necesario poder saber que es lo que esta haciendo el usuario y la uacutenica forma

de hacer es analizar el contenido de todos los paquetes que enviacutea y recibe de esta formapodremos cobrarle distinto de acuerdo a la direccioacuten web que pide o al tipo de servicio yasea FTP mail video streaming etc

23121 APN

Un APN (Access Point Name) se puede definir como la configuracioacuten necesaria en elGGSN para ofrecer un cierto servicio al usuario como son el rango de direcciones ip quese le asignaran a los moacuteviles si se permitiraacute comunicacioacuten entre ellos dentro de nuestrared si utilizaremos alguacuten protocolo AAA si utilizaremos alguacuten protocolo de encriptacioacutenal enviar su informacioacuten y hacia donde enviaremos su informacioacuten

2313 Interfaz Gi

La interfaz Gi puede ser cualquier red IP a la que necesite accesar el usuario (veacutease figura29) dependiendo del servicio que requiera ya sea internet wap mms poc blackberry oservicios corporativos su informacioacuten puede ser enrutada por caminos distintos

Figura 29 Interfaz Gi

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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DIMENSIONAMIENTO Y OPTIMIZACION DE RED GPRSPARA OFRECER SERVICIOS DE BANDA ANCHA Y PREPAGO

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

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2314 Interfaz Gy

Esta interfaz es la que nos comunica con el sistema de prepago (veacutease figura 210) a traveacutesde ella se realiza todo el intercambio de informacioacuten necesario para saber si un usuariotiene creacutedito y para realizar el cobro de servicios en tiempo real

23141 Diameter

Esta interfaz utiliza el protocolo diameter (DBP ) este es un protocolo AAA (Authentication Authorization y Acounting ) aquiacute solamente lo utilizaremos paraldquoAcountingrdquo iniciando las sesiones mandaacutendole al sistema de prepago la informacioacuten delusuario necesaria como son imsi msisdn ip asignada apn etc Una vez se ha establecidola sesioacuten se realiza el cobro en liacutenea mediante el protocolo DCCA (Diameter Control

Credit Aplication)

23142 Radius

Es el protocolo AAA ( Authentication Authorization y Acounting ) antecesor dediameter en nuestra red lo utilizamos para enviarle la informacioacuten de los usuarios alWAP Gateway ya que este nodo se comunica con el sistema de prepago para el cobro de

contenidos como ringtones juegos etcUna de las principales diferencias entre Radius y Diameter es en el transporte Radiusutiliza UDP por lo que no hay retransmisiones en caso de perdida de informacioacuten

2315 Border Gateway

Este equipo es un firewall que se encuentra en el periacutemetro de nuestra Red eldireccionamiento en la Gn de todos los SGSNacutes y GGSNrsquos debe de ser puacuteblico ya que esla uacutenica forma de que un nodo GSN en otra red puedo localizarnos La principal funcioacutende este equipo es permitir que accesen a nuestra red solamente los rangos de ipacutes quetienen nuestros socios de Roaming

Figura 210 Protocolos utilizados en la interfaz Gy

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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2316 Interfaz Gp

Esta es la interfaz que comunica a nuestros nodos GSN con los nodos GSN de otrasredes es la interfaz que utilizan los usuarios de roaming Los procesos de sentildealizacioacuten ytransporte de traacutefico de usuarios son los mismos que la Gn con la diferencia de que eltransporte es hecho por un tercero por lo que el ancho de banda es una gran restriccioacuten

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

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Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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3659

tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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Capitulo 3

DimensionamientoPara esta tarea es necesario analizar los nuevos requerimientos realizados por las aacutereascomerciales para esto tendriacuteamos 2 factores principales

bull Integracioacuten de 3G

bull Aprovisionamiento de usuarios existentes de prepago para usar GPRS

Cada uno de estos puntos tendraacute un impacto muy importante y distinto en la red Si loanalizamos un poco podremos identificar los efectos que tendremos en cada nodo e

interfaz de la red

31 Integracioacuten de 3G

La integracioacuten de 3G esta abocada a una sola cosa la velocidad de transmisioacuten que se lepueda ofrecer al usuario El poder ofrecer un buen servicio implica el dimensionar la IuSGSN Gn GGSN y Gi En este documento no implicaremos el disentildeo de la parte deradio ya que escapa al enfoque del mismo

311 Dimensionamiento Iu

Para poder estimar el traacutefico primero tendremos que estimar cuantos usuarios esperamostener La gente que se encarga de dimensionar la parte de radio tiene un estimado decuantos usuarios esperan tener en cada RNC y cuantos de ellos utilizando servicios dedatos simultaacuteneamente

totalTraficoT

PDP por Throughput K

PDPesperadosUsuarios X

T K X

Total

Att

TotalPDP

_

__

__

=

=

=

=

Tenemos que entender ciertas consideraciones realizadas

Como el uacutenico servicio comparable de banda ancha es el ofrecido por los operadores decable y telefoniacutea fija utilizaremos de referencia el factor de ellos 15 [kbps usuario activo] perocomo lo que se quiere es ofrecer un mejor servicio sugiero que se dimensione con eldobleUn contexto PDP activo significa que el SGSN y GGSN tienen toda la informacioacutennecesaria para transmitir y recibir la informacioacuten del usuario sin embargo esto no implicaque el usuario este realmente recibiendo o transmitiendo datos Recordemos que lamayoriacutea de los servicios de Internet transmiten y reciben por raacutefagas Tambieacuten

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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consideramos que todos los usuarios transmiten a la misma velocidad esto es necesarioya que no conocemos la distribucioacuten por servicio que tendraacute el traacutefico

Una vez teniendo una aproximacioacuten del trafico esperado en cada Iu debemos de revisarlos enlaces intra regionales que transportan la informacioacuten entre cada RNC y el SGSNdimensionaacutendolos por debajo del 40 la experiencia nos ha ensentildeado que un enlace enla hora pico de trafico tiene el doble de trafico que su promedio por diacutea

312 Dimensionamiento SGSN

El siguiente nodo es el SGSN este nodo es quien recibe la informacioacuten de la red ip y debereenviarla hacia la RNC correcta esta caja recibe los GTP-PDU del usuario a traveacutes dela Gn y los procesa Aquiacute es donde se apreciara el beneficio de que en la interfaz Iu - U

se utilice el mismo protocolo en la interfaz Gn ya que el SGSN solamente tiene quecambiar el encabezado GTP a diferencia de 2G donde el SGSN realiza funciones decompresioacuten y fragmentacioacuten de la informacioacuten esto nos lleva a que las mismas tarjetaspueden procesar hasta 3 veces mas trafico en 3G que en 2G

El SGSN no es dimensionado pensando en el traacutefico en si no podemos decir que una cajaes capaz de soportar 1 [Gbps] Como habiacuteamos dicho lo importante es la capacidad deprocesamiento cuantos paquetes por segundo es capaz la caja de cambiar de protocolo en2G o de cambiar el encabezado en 3G Para poder medir esto utilizaremos la siguienteformula

sec] [

][

sec] [

___

_

Paquetes

Bytes

BytesTotal

Total

Paquetes Z

paquete por promedioTamantildeoC

totalTraficoT

Z C

T

=

=

=

=

El traacutefico se obtuvo del ejercicio anterior y el tamantildeo promedio por paquete es un factorque se debe obtener estadiacutesticamente Los datos necesarios para esto pueden provenir devarias fuentes como las estadiacutesticas del SGSN medir el trafico directamente en lasinterfaces de los switches el firewall que nos da salida hacia internet etc Aquiacute surge laprimer discrepancia de criterio ya que con cada proveedor de SGSNacutes las estadiacutesticas queofrecen son distintas y siempre sujetas a su interpretacioacuten y por otro lado los switches noofrecen un sistema de estadiacutesticos en siacute por lo que es necesaria una tercer plataforma queeste solicitando y almacenando esta informacioacuten esta hubiera sido la mejor solucioacuten yaque hubieacuteramos podido tener la mayor granularidad al obtener el factor para cada interfazpero un problema de licenciamiento en este sistema no nos permitioacute tener una muestraestadiacutesticamente significativa El tomar la medicioacuten en el Firewall fue la mejor opcioacuten sinembargo hay que estar concientes de que el factor obtenido de esta forma es para una red2G por lo que es necesario decidir cuantas veces esperamos que el tamantildeo del paqueteaumente en 3G

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

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Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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Una vez teniendo el numero de paquetes esperado viene la primer gran diferencia entre el

funcionamiento de los SGSNacutes Nokia y Ericsson La caja de los suecos funciona comouna sola unidad subdividida por tareas

bull IBAS - estas tarjetas son la interfaz fisica del SGSN hacia la red funcionan comorouters dentro del mismo SGSN Son quienes redistribuyen la informacioacutenrecibida dependiendo del proceso requerido GTP-C GTP-U RANAP ChargingOampM etc

bull GPB - Estas tarjetas que se encargan de la sentildealizacioacuten sigtran o TDM y deprocesar el traacutefico de los usuarios sin importar si son 2G o 3G

bull NCB ndash Esta es una tarjeta GPB que toma las funciones de una tarjeta central seencarga de controlar todos los procesos y redistribuir la carga entre las GPBacutes

Es decir este SGSN funciona como una gran caja negra simplemente tienes que conectary configurar correctamente sus interfaces y tendraacutes una capacidad total de procesamientoAquiacute la capacidad depende de cuantas tarjetas GPB se tengan instaladas en el SGSN

El SGSN finlandeacutes funciona de forma distinta ya que tiene tarjetas que realizanfunciones generales como

bull SMMU- Esta tarjeta realiza manejo toda la sentildealizacioacuten entre SGSN y los HLRacutesya sea SIGTRAN o TDM

bull MCHU ndash Esta tarjeta controla la generacioacuten de estadiacutesticas y CDRacutesbull OMU ndash Esta tarjeta controla todo lo relacionado con la gestioacuten del equipo y OampM

Y tarjetas que manejan tareas especificas de forma independiente

bull PAPU- Esta tarjeta maneja la sentildealizacioacuten y el traacutefico de los usuarios entre elSGSN y la BSC 2G asi como sentildealizacioacuten entre el SGSN y RNC medianteRANAP 3G

bull IOCPE - Esta tarjeta maneja especiacuteficamente el protocolo GTP En el caso de 2Grecibe el trafico de la PAPU y lo encapsula enviaacutendolo a la Gn para 3Gsimplemente cambia el encabezado GTP

Cada PAPU esta asociada con una IOCPE y cada una de estas parejas esta directamenteconectada a la Gn teniendo un direccionamiento uacutenico

Lo maacutes importante que debemos entender es que este nodo hacia la red se ve como variosSGSN pequentildeos e independientes La capacidad del SGSN Nokia no solamente esta enfuncioacuten del numero de tarjetas sino que a partir de esto se puede decidir como distribuirlas tarjetas para 2G 3G o mixto Esto nos ofrece flexibilidad en el disentildeo de la red ya quepodemos diferenciar de que tarjeta proviene el trafico y manipular otros elementos de lared como DNS para que respondan de acuerdo a la direccioacuten ip del SGSN y enviar eltrafico a GGSNacutes distintos a diferencia del SGSN de Ericsson donde todo el traacutefico es

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

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Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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mezclado y no es posible hacer este tipo de arreglos Tambieacuten tenemos que estarconcientes de las consecuencias de esta forma de operar ya que el hecho de que cada

tarjeta tenga su propia interfaz fiacutesicas hacia la red aumenta increiacuteblemente el numero depuertos ha gestionar en los switches mientras con Ericsson no manejamos mas de 8interfaces fiacutesicas con su contraparte son casi 90

313 Dimensionamiento Gn

Una vez que hemos visto que los SGSNacutes soportaraacuten el traacutefico esperado por Regioacuten esnecesario verificar que los enlaces Inter Regionales que transportaran a la interfaz Gntengan la capacidad necesaria

Debido a que en la red se espera que el grueso de trafico en la Gn seraacute el traacutefico de los

usuarios de 3G podemos despreciar la sentildealizacioacuten y el trafico de los usuarios de 2G ypodremos decir lo siguiente

Traacutefico Gn asymp Traacutefico Iu User Plane

Con esto podemos saber cuanto traacutefico viajara entre los SGSNacutes y GGSNacutes El hecho deque la interfaz Gn se sature implica la perdida de paquetes y esto trae como consecuenciaretransmisiones lo que al final de diacutea es percibido por el usuario como una velocidad detransmisioacuten muy baja Sin embargo el hecho de perder paquetes en esta interfaz puedetraer problemas mas graves ya que si uno de los SGSNacutes cree perder la comunicacioacuten conalguno GGSN o viceversa por protocolo ambas cajas deben de borrar todos los contextos

de PDP establecidos entre ellas una afectacioacuten al servicio de esta magnitud siempre esapreciada por los usuarios ya que deben reconectar sus aplicaciones a la red

314 Dimensionamiento GGSN

El GGSN debe de ser dimensionado de acuerdo a los paquetes por segundo quenecesitamos que procese Como ya sabemos cuanto traacutefico tendremos por regioacutensimplemente debemos de sumar todas las regiones a las que cada GGSN daraacute servicioAquiacute tenemos que considerar en el disentildeo de nuestra red que el GGSN es un nodo quediferenciaremos por los servicios que proporciona Un ejemplo muy claro es lacomparacioacuten de POC o Blackberry contra el servicio masivo como internet POC ofrece

servicio de voz sobre IP esto no requiere mucho ancho de banda sin embargo todos losusuarios deben de estar conectados con los servidores todo el tiempo esto se traduce enun gran numero de PDP activos y una taza de transmisioacuten muy baja por usuarioBlackberry es muy parecido pero en vez de ofrecer voz sobre ip se realiza descarga demails directo al moacutevil El servicio masivo de Internet es distinto ya que los usuariosocupan un ancho de banda mayor y se conectan solamente cuando estaacuten realmenteutilizando el servicio esto nos da una relacioacuten de trafico por usuario muchos mas altaEs muy importante que comprendamos esto ya que la capacidad de cada GGSN que setiene en la red esta determinada por factores distintos La caja de Nokia tiene unacapacidad determinada por el numero de tarjetas que tenga todas hacen las mismasfunciones manejan la sentildealizacioacuten y el trafico el GGSN de Ericsson esta basado en una

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

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Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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funcioacuten modular todas las tarjetas son iguales ldquoPhoenix IIrdquo cada una de ellas esconfigurada para procesar sentildealizacioacuten o trafico de usuario por lo que la capacidad del

GGSN en si esta determinada por cuantas tarjetas son avocadas a sentildealizacioacuten y cuantas atrafico de usuario

Un dato sobre como dimensionar el GGSN y el SGSN que creo les seraacute muy uacutetil es sabercomo interpretar las unidades que nos dan los proveedores Ellos nos dan la capacidad delas cajas en cuantos paquetes por segundo pueden procesar el detalle aquiacute es que noimporta la direccioacuten del paquete al final es un paquete procesado Hay que considerar lacapacidad de las caja como trafico total sumando Uplink mas Downlink en las interfaces

315 Dimensionamiento Gi

La siguiente interfaz es la Gi en este caso seraacute la interfaz que nos de salida a Internetconectaacutendoos con nuestro proveedor de Internet Aquiacute esta involucrado el transportehasta donde el proveedor nos entrega el enlace el firewall en el que lo recibimos y lacapacidad de la salida a Internet en si Para saber cuanto es el traacutefico que cursaremospodemos partir del hecho de que GTP todo lo que hace es agregar un encabezado a lainformacioacuten del usuario tambieacuten hay que agregar el encabezado del transporte y usar lasiguiente formula

[ ]bytes

Gi

Gn

bytes

GiGn

paquete por promedioTantildeamoC

GiTraficoT GnTraficoT

C T T

___

__

621 ][

=

=

=

+=

Aquiacute estamos considerando que el traacutefico de sentildealizacioacuten en la Gn es estadiacutesticamentedespreciable

Con el dato de cuanto traacutefico de Internet esperamos tener hay que considerar que estetraacutefico tambieacuten tiene que ser procesado por el firewall pero dimensionar ese nodo escapadel enfoque de este documento

Figura 31 Encabezado GTP

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

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Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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32 Aprovisionamiento de usuarios prepago para usar GPRS

El siguiente punto a analizar es el hecho de que integraremos a los usuarios a de prepagoa GPRS es muy importante que podamos medir los impactos de esto

En un principio GPRS solamente podiacutea ser utilizado por los usuarios de pospago conesto ellos podiacutean navegar libremente y el cobro se realizaba mediante los registros quegeneraba el SGSN estos CDRacutes son post procesados posteriormente por el departamentode facturacioacuten Ahora que es necesario integrar un sistema de cobro en tiempo real y lesdemos servicio a estos nuevos usuarios se tiene que considerar lo siguiente

bull Analizar el impacto en el SGSN que representan los nuevos usuarios registradossimultaacuteneos

bull Analizar el impacto en el SGSN y GGSN debido al incremento en contextos PDPbull Analizar el aumento en el trafico de 2Gbull Dimensionamiento de las interfaces que nos comunican con el sistema de Prepago

y WAP Gateway

321 Aumento de usuarios registrados

El primer paso para tener idea del impacto que esto representa es estimar el nuacutemero deusuarios que realmente tendremos Partiremos del hecho de que todos los usuarios seraacutenaprovisionados para usar GPRS prepago mas post pago Este dato lo podemos obtener

de los HLRacutes en si y obtener un nuacutemero de usuarios por cada RegioacutenEs necesario saber que porcentaje de usuarios con acceso a GPRS realmente utiliza elservicio podemos obtener este factor de la siguiente forma

gion por HLRendatosaaccesoconUsuarios H

SGSN sregistradoUsuariosU

A H

U

R

Att

R

Att

Re________

__

=

=

=

Lo siguiente es saber como distribuiremos este crecimiento en cada BSC de la regioacuten lo

maacutes sensato seria obtener la proporcioacuten estadiacutestica de usuarios registrados por BSC peroexiste una limitacioacuten en la granularidad de las estadiacutesticas de los SGSNacutes y esto no seraacuteposibleLa solucioacuten maacutes viable si consideramos un traacutefico homogeacuteneo en todos los usuarios en laregioacuten es obtener cuanto traacutefico de datos cursa cada BSC y saber que proporcioacutenrepresenta del total de la regioacuten

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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( )

BSC sregistradousuarios Nuevos X

regionsregistradousuarios Nuevos X

region por totalTraficoT

BSC TraficoT

X A X

T

T

BSC Att

R

TR

BSC

BSC Att R Att

TR

BSC

___

___

___

_

_

__

=

=

=

=

=

322 Dimensionamiento de Gb

Sabiendo cuantos usuarios mas tendraacute cada BSC es necesario saber cuanto traacutefico mas

representan por lo que debemos de obtener el factor de traacutefico en la hora pico por cadaBSC

( )

BSC traficode AumentoT

BSC sregistradousuarios Nuevos X

SGSN sregistradoUsuariosU

region por totalTraficoT

T X U

T

BSC

BSC Att

Att

TR

BSC BSC Att

Att

TR

___

___

__

___

_

_

=∆

=

=

=

∆=

Como el dimensionamiento debe de ser realizado pensando en las peores condicionesrecomiendo que estos caacutelculos se realicen con los datos den la hora pico de traacuteficoregional

Con el dato de cuanto trafico esperar en cada BSC es necesario realzar las adecuacionesnecesarias la mas importante es aumentar la capacidad de la GB tanto en el medio detransporte como en la capacidad de procesamiento de la BSC

323 Anaacutelisis de impacto en SGSNLa siguiente caja que tenemos que analizar es el SGSN antes solamente habiacuteamosmencionado la capacidad de la caja en cuantos paquetes por segundo puede procesarAhora tenemos que tomar en cuenta dos factores maacutes el primero es el nuacutemero deusuarios simultaacuteneos a los que el SGSN puede dar servicio tanto registrados como concontexto activo y el segundo es la cantidad de transacciones por segundo que puedeprocesar cuantas peticiones de registro y cuantas de activacioacuten de contexto por segundopuede atender

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El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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5759

Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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3459

El numero de usuarios que el SGSN puede soportar esta relacionado con la capacidad delhardware y con las licencias comerciales adquiridas por lo que una vez obtenido el dato

de cuantos usuarios esperas tener hay que analizar la situacioacutenUn SGSN que ya esta funcionando cerca del limite de su capacidad y no hay posibilidadde una expansioacuten ni de hardware o de licencias se convierte en un cuello de botella muygrande ya que simplemente no daraacute servicio a ninguacuten usuario nuevo Esto debe de serprevisto con la mayor anticipacioacuten posible ya que la implementacioacuten de un nuevo SGSNimplica mucho tiempo y un redisentildeo de la red

Los usuarios registrados que esperamos por regioacuten es un dato que se obtuvo en ejerciciosanteriores de aquiacute tendremos que derivar cuantos de ellos tendraacuten un contexto PDPactivo Para esto obtendremos la relacioacuten que mantienen estos indicadores en la redactual mediante la formula

SGSN sregistradoUsuariosU

SGSN PDPcontextoUsuariosU

RU

U

Att

PDP

AtPDP

Att

PDP

__

___

=

=

=

Multiplicando esto por el nuacutemero de usuarios registrados que esperamos obtendremoscuantos usuarios con contexto PDP esperamos

SGSN sregistradoesperadosUsuarios X

X X R

Att

PDP Att AtPDP

___

=

=

Para saber cuantas transacciones por segundo esperamos obtendremos de nuevo un factorde la red actual necesitamos saber cuantas transacciones por segundo generan nuestrosusuarios actuales

Para el proceso de registro tenemos

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

SGSN sregistradoUsuariosU

RU

N

Att

Att

Att

Att

Att

_______

=

=

=

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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DIMENSIONAMIENTO Y OPTIMIZACION DE RED GPRSPARA OFRECER SERVICIOS DE BANDA ANCHA Y PREPAGO

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Activacioacuten de Contexto PDP

MS iniciadoscontextoactivacionde procesos Numero N

SGSN PDPcontextoconUsuariosU

RU

N

PDP

PDP

PDP

PDP

PDP

______

____

=

=

=

Noacutetese que no estamos discriminando si el resultado del proceso es exitoso o no esto nosseraacute uacutetil cuando dimensionemos el GGSN

Una vez obtenidos los factores obtenemos las transacciones de la siguiente forma

( )

( )

muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoesperadosUsarios X

SGSN sregistradoesperadosUsarios X

Z P

R X

Z P

R X

PDP

Att

PDPPDPPDP

Att Att Att

_

____

___

1

1

=

=

=

=

=

Es necesario que el SGSN pueda procesar el numero de peticiones que acabamos de

obtener de lo contrario es necesario tomar las medidas necesarias ya sea expansioacuten oimplementacioacuten de una nueva caja

324 Dimensionamiento Gr

La interfaz Gr es la que nos comunica con los HLRacutes utilizando SS7 esta interfaz puedetener dos medios de transporte E0acutes mediante TDM o SIGTRAN mediante IPEn nuestro caso todos los SGSNacutes estaacuten conectados con los STPacutes mediante E0acutes paranosotros esta interfaz es muy importante ya que cada vez que un usuario quiereregistrarse en la red es necesario que obtengamos su perfil y las llaves de seguridadnecesarias para autenticarlo y darle el servicio toda esta informacioacuten esta almacenada en

el HLR Si presentamos problemas de congestioacuten con esta interfaz tendremos unadegradacioacuten de servicio importante ya que los usuarios recibiraacuten mensajes de error deconexioacuten en sus moacuteviles y esto deja una mala impresioacuten

SS7 es un protocolo con varias limitaciones cuando es implementado con E0acutes comomedio de transporte la que mas nos afecta es el hecho de que los enlaces no pueden estara mas de un 20 de ocupacioacuten en los SGSNrsquos y 40 de lado de los STPacutes

Para poder predecir el impacto que tendremos con el aumento de usuarios que esperamos

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

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Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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tenemos que entender en que procesos de sentildealizacioacuten esta implicada la comunicacioacutencon el HLR

Durante el proceso de registro el SGSN enviacutea los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo solicitando la informacioacuten necesaria para la autenticacioacuten para pedir lainformacioacuten del perfil se enviacutean ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquorespectivamenteCuando un usuario cambia de cobertura geograacutefica entre SGSNacutes es necesario que serealice el proceso de ldquoInter SGSN Routing Areardquo para mantener el servicio en esteproceso el SGSN que recibe al usuario le pide al SGSN proveniente la informacioacuten delusuario transfiriendo los contextos de movilidad y sesioacuten tambieacuten se realizanactualizaciones en el HLR generando los mensajes ldquosendAuthenticationInfordquo oldquosendParametersrdquo en caso de que autenticacioacuten sea requerida y el proceso de

actualizacioacuten de perfil genera ldquoupdateGprsLocationrdquo o ldquoinsertSubscriberDatardquo

Cuales mensajes son enviados depende de que tan seguido el usuario usa los servicios deGPRS y de coacutemo esta configurada la autenticacioacuten en cada proceso de sentildealizacioacuten yaque el SGSN almacena durante cierto tiempo la informacioacuten de cada usuario Debido haesto la uacutenica forma de obtener un factor es mediante las estadiacutesticas del SGSN y losSTPacutes

Como primer paso obtendremos la relacioacuten entre los usuarios registrados simultaacuteneos y lacantidad de mensajes de SS7 enviados en los enlaces de sentildealizacioacuten lo mejor es obtenereste dato por SGSN y en la hora pico de traacutefico

muestreodePeriodoP

SS de MensajesS

SGSN sregistradoUsuariosU

MS iniciados RAU SGSN Inter de procesos Numero N

MS iniciadosregistrode procesos Numero N

Z P

Att

Int

Att

SS Int N Att N

S

Att U

Int N Att N

__

7__

__

_______

_____

17

=

=

=

=

=

=

+

+

Con la constante anterior podemos obtener en bps el impacto que representaran losnuevos usuarios

( )

onsentildealizaciTraficoT

regionesperadosUsuarios X

segundo por usuario por SS mensajeslacionY

T X Z

SS

R

SS Bytebit Bytes RSS

_

__

____7__Re

8272

7

7] [][7

=

=

=

=

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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En la formula anterior consideramos el tamantildeo maacuteximo para un mensaje de SS7 272[bytes]con el resultado anterior ya tendremos una idea del trafico promedio que tendraacuten nuestros

enlacesExiste otro escenario que se tiene que considerar el reinicio de un SGSN es un procesocritico para la sentildealizacioacuten ya que todos usuarios quieren reactivar los servicios de datosal mismo tiempo Con este tipo de estreacutes hay que considerar el nuacutemero de transaccionesde sentildealizacioacuten maacuteximas por segundo que el SGSN pueda procesar esto nos daraacute eltiempo miacutenimo que le tomara al nodo reestablecer el servicio a los usuarios dependeraacutedel ancho de banda de la Gr si podremos alcanzar este tiempo o no Una vez concientesde nuestras limitaciones es necesario configurar en el SGSN los procesos de control decongestioacuten en los enlaces de sentildealizacioacuten en la mayoriacutea de los nodos es posibleconfigurar un limite de transacciones por segundo transmitidas por estos enlaces asiacutepodremos poner un tope antes de que comencemos a perder mensajes

325 Dimensionamiento GGSN

En la interfaz Gn no se espera un gran impacto ya que el traacutefico generado por losusuarios de 2G no es comparable con el de los usuarios de servicios de banda ancha de3G Lo mejor es seguir analizando la capacidad del GGSN para procesar las peticiones deactivacioacuten de PDP recibidas Durante este proceso de sentildealizacioacuten los nodos queintervienen dependen de que servicio se esta solicitando y si el usuario es prepago opospago Por ejemplo si un usuario de pospago quiere tener acceso a Internet solamenteestaacuten involucrados el SGSN y el GGSN

Para obtener cuantas activaciones de contexto esperamos es necesario entendercorrectamente como funciona esto Cuando el SGSN recibe la peticioacuten de activacioacuten decontexto lo primero que hace es revisar que apn esta solicitando el usuario si el usuariopide un APN que no tiene en su perfil si el apn no esta definida en el DNS o incluso si notiene APN alguna dada de alta en su perfil del HLR la peticioacuten de contexto es rechazadadirectamente por el SGSN y no involucra al GGSN esto se puede medir estadiacutesticamenteya que la mayoriacutea de los SGSN separan los contadores de fallas por causas especificaseste tipo de fallas son el reflejo de problemas de configuracioacuten en las terminalesproblemas de aprovisionamiento en el HLR o problemas de configuracioacuten en el DNSPara la discriminacioacuten de estos eventos buscaremos el contador con la causa 27(Unknown or missing access point name ) esto de acuerdo a los estaacutendares 3GPP de

sentildealizacioacuten capa 3

Obteniendo la relacioacuten entre este proceso y los usuarios con contexto PDP esperados yaque no sabremos cual seraacute el comportamiento de los nuevos usuarios lo mejor seraacuteobtener este dato de la red actual

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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muestreoPeriodoP

SGSN PDPcontextoUsuariosU

SGSN causamenos MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y

PU

N

PDP

APN PDP

SGSN PDP

PDP

PDP

_

___

_27_______

1

_

_27

=

=

=

=

minus

Si queremos desglosar el factor anterior por APN tendremos que cambiar de fuente deinformacioacuten la estadiacutestica anterior se baso totalmente en lo que es capas de darnos elSGSN pero si volteamos a los GGSNacutes podemos obtenerlo con la granularidad deseadaademaacutes ya discriminando las causas de falla antes mencionadas

muestreoPeriodoP

GGSN PDPcontextoUsuariosU

APN GGSN MS iniciadasPDPesactivacion Numero N

Y PU

N

PDP

APN PDP

APN PDP

GGSN PDP

GGSN PDP

_

___

______

1

_

_

=

=

=

=

minus

minus

Con este factor por apn podremos obtener un factor distinto para cada GGSN si es quetransportan servicios diferentes

Durante la sentildealizacioacuten necesaria para realizar un Inter SGSN RAU es necesarioactualizar al GGSN sobre el cambio de SGSN esto tambieacuten deberaacute ser considerado encaso de que la red este disentildeada para ello un ejemplo muy claro es cuando 2 SGSNacutes dancobertura en la misma ciudad la formula para esto seraacute la siguiente

muestreoPeriodoP

SGSN activocontextousuarios NumeroU

MS iniciadosSGSN Inter Numero N

Y PU

N

PDP

Int

Int

PDP

Int

_

____

____

1

=

=

=

=

Con estos dos factores ya podemos obtener el nuacutemero de transacciones que esperamosreciba el GGSN

activocontextoesperadosUsuarios X

Z Y Y X

PDP

PDP Int APN PDPPDP

____

=

=+

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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326 Dimensionamiento Gy

Si un usuario requiere accesar a wap o mms y es prepago tiene un proceso mascomplicado ya que se involucra al wap gateway y al sistema de prepago Interactuandocon otras 2 interfaces la comunicacioacuten con el wap gateway se hace mediante radius y conla parte de prepago se utiliza diameter Cada una de estas nuevas interfaces puederepresentar un punto de falla

El impacto de estas dos interfaces sobre el desempentildeo de la red se puede ver de lasiguiente forma ya que todos los usuarios que agregaremos en nuestra red son prepago elsistema de prepago tiene que ser capaz de procesar un numero de transacciones porsegundo por lo menos igual al numero de activaciones de contexto que tendremos tododependeraacute de coacutemo este configurado el GGSN para interactuar con este sistema

Esta parte es muy importante ya que el primer detalle que se tiene que resolver es elcomo saber si un subscriptor es prepago o pospago para esto la solucioacuten mas simple estener esta informacioacuten en el perfil del usuario que contiene el HLR sin embargo estaintegracioacuten fue algo que no se tenia previsto por lo que esta adecuacioacuten en los HLRacutes noestaraacute lista raacutepidamente La soluciona fue configurar al GGSN para que se comunicaracon el sistema de prepago y realizara una consulta para cada usuario si lo encontraba ensu base de datos entonces seria un prepago y se realizariacutea el cobro en liacutenea de lo contrarioel usuario es un postpago y se cobrara mediante los registros generados (CDRacutes) Estocomplica el dimensionamiento de esta interfaz ya que ahora debe ser capaz de soportaruna transaccioacuten por cada peticioacuten de activacioacuten de contexto que reciba el GGS ademaacutes de

las necesarias para realizar el cobro en tiempo real de los usuarios de prepago

Para poder saber cuantas transacciones cursa esta interfaz es necesario saber comofunciona una vez hecha la consulta inicial se establece una sesioacuten de cobro mediantetokens El sistema de prepago le indica al GGSN que el usuario tiene suficiente creacuteditopara navegar cierta cantidad de bytes una vez terminado este creacutedito el GGSN realizauna nueva consulta y asiacute sucesivamente hasta que el usuario termine su sesioacuten de datos ose termine su creacuteditoAl comportamiento descrito anteriormente tenemos que agregarle una variable mas yaque las aacutereas comerciales quieren re lanzar el portal wap y toda la navegacioacuten en estepunto sera gratuita Por lo que seraacute necesaria obtener una relacioacuten de cuanto trafico en

wap se cursa en el portal y cuanto fuera de el en cuanto ha Internet no lo tomaremos encuenta en este dimensionamiento inicial ya que en su mayoriacutea las terminales prepago queobtendraacuten acceso a los servicios de datos tendraacuten configurada el apn de wapitelcelcomcomo default

La formula seria la siguiente

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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( )( )

muestreoPeriodoP

TokenTamantildeoW

Portal fueraWAPTraficoT

Totalesperadascontextoes Activacion Z

segundo por nesTransaccioPW

T Z

T

OW

PDPT

T

OW

PDPT

_

_

___

___

__

=

=

=

=

=+

La interaccioacuten con el wap gateway es un poco menos complicada el protocolo Radiussolamente lo utilizaremos para ldquoaccountingrdquo es decir para enviar los datos del usuariocomo son el IMSI MSISDN IP asignada si es Prepago o Postpago etc Esta interfazdeberaacute de ser capaz de procesar todas las activaciones de contexto que esperamos parawap y mms

Estas dos interfaces son fundamentales en la interaccioacuten del usuario con los serviciosmasivos ya que si presentamos saturacioacuten en alguna de ellas comenzaremos a tenertiempos de repuesta muy alto entre los sistemas y esto lo ve reflejado el usuario comomensajes de error directamente en su terminal

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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Capiacutetulo 4

Anaacutelisis de RedLa red no estaba disentildeada para los cambios esperados (veacutease figura 41) ya que siemprehabiacuteamos ofrecido servicios de baja velocidad y a pospago

Una vez que realizamos los caacutelculos explicados en el capitulo anterior se encontraronvarios puntos criacuteticos en la red

bull Capacidad interfaces Gb insuficiente en mas de 100 BSCbull Capacidad en usuarios registrados simultaacuteneos cerca de 100 en R9bull Capacidad de interfaz Gr insuficientebull Capacidad en transacciones por segundo hacia prepago insuficientebull Capacidad de transacciones por segundo en wap Gateway insuficientebull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

983117983120983116983123

BSC with PCU

Abis

Iub

Uu

Um

Frame

Relay

983113983157 983120983123RNC

BSS

UTRAN

983117983120983116983123

983111983138

SGSNacutes

983108983118983123 983118983119983115983113983105

983106983151983154983140983141983154 983111983137983156983141983159983137983161

983123983161983150983145983158983141983154983155983141

983111983154 983128

PLMN

PPAS

983106983145983148983148983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

983127983105983120 983111983127

983122983113983117

983106983148983137983139983147983138983141983154983154983161

983120983119983107

983107983119983122983120983119983122983105983124983113983126983119983123

983118983119983115983113983105

983107983144983137983154983143983145983150983143 983111983137983156983141983159983137983161

Internet

Figura 41 Arquitectura de Red

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

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Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Ya que se ha identificado cuales son los posibles puntos de falla hay que saber identificaren cuales de ellos llegaremos mas raacutepido al limite de la capacidad con la configuracioacuten

actual

Ahora es necesario ver cual seraacute la velocidad con la que nos afectaran los 2 factores quenombramos al principio La integracioacuten de 3G implica una carga enorme en cuanto altrafico que esperamos tener sin embargo no tendremos gran numero de usuarios alprincipio por lo que tenemos cierto tiempo para hacer las adecuaciones necesarias Elintegrar usuarios de prepago a los servicios de datos seraacute mas raacutepido elaprovisionamiento en el HLR se hace de manera casi automaacutetica y la configuracioacuten de lasterminales se puede realizar mediante campantildeas publicitarias y mensajes de texto por loque esta parte nos afectara maacutes raacutepido

41 Adecuaciones necesarias para 2G

411 Expansiones de Gb

El primer punto seraacute realizar las expansiones en Gb para esto es necesario comprendercuales son los servicios que ofrecemos que podriacutean presentar una sensibilidad mayor alos retrasos que provocariacutea la congestioacuten de esta interfaz Los servicios en tiempo realcomo video streaming y voz sobre IP ( Push to talk over celullar phone ) son en los que elusuario percibiraacute mas faacutecilmente un mal servicio por lo que revisar en que aacutereas del paiacutesestos servicios se utilizan mas es un buen comienzo los servicios como blackberry ynavegacioacuten en internet utilizando 2G realizan descargas grandes pero el usuario no podraacute

percibir problemas en el servicio tan faacutecilmenteEl realizar esta diferenciacioacuten no es tan sencillo desde nuestro punto de vista losSGSNacutes nos pueden dar estadiacutesticos sobre el proceso de activacioacuten de contexto PDP perono con la granularidad necesaria no hay SGSN que nos de estas estadiacutesticas por APNseria impractico ya que el SGSN es quien filtra que peticiones de contexto son realizadosa APNacutes que no existen o a las que el usuario no tiene acceso Tomando como partida elGGSN tendremos estadiacutesticos por APN pero no podemos saber cual es el SGSN origenpor lo que no podremos obtener una distribucioacuten geograacutefica de los usuarios de cadaservicioExisten otros meacutetodos que podriacuteamos utilizar para obtener esta informacioacuten todosbasados en capturas de sentildealizacioacuten en la Gn de cada SGSN estos procesos no son

factibles en corto plazo ya que toman mucho tiempo en la implementacioacuten por lo que losmas sencillo es pedir la distribucioacuten regional de subscriptores a las aacutereas comerciales yaque estos servicios son pospago

El siguiente criterio seraacute saber cuales Gbacutes tienen una mayor velocidad de crecimientoactualmente con esto podremos detectar cuales presentaran problemas primero mas allaacutede los nuevos usuarios esperados esto se puede ver en un reporte histoacuterico de trafico porsegundo maacuteximo que han alcanzado cada BSC Por ultimo pero terminara siendo elcriterio mas importante es el saber que BSCacutes son consideradas ldquoVIPrdquo por las aacutereascomerciales en que zonas geograacuteficas se encuentran nuestros clientes mas importantes

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Ya que tenemos nuestra lista de prioridades lo siguiente es pedir los medios de

transmisioacuten que necesitaremos el transporte de la interfaz Gb utiliza Frame Relay comotransporte por lo que el aacuterea de transmisioacuten nos entregara los medios de transmisioacuten enpunta del lado del SGSN y de la BSC

Del lado de la central donde se encuentra el SGSN estos medios de transmisioacuten no seconectan directamente al SGSN sino a un arreglo de paneles de cross conexiones elprincipal motivo de esto es el poder tener puertos de monitoreo no intrusivos en estainterfaz esto facilita mucho la conexioacuten de analizadores de protocolo

Una vez que tenemos el medio de transmisioacuten el proceso para configurar la expansioacutenvariacutea un poco para cada SGSN (veacutease figura 42) sobre todo en la configuracioacuten del medio

fiacutesico

El proceso de configuracioacuten consiste en hacer entender al SGSN y a la BSC queutilizaremos nuevos y maacutes grandes medios de transmisioacuten para los canales de FrameRelay Con este disentildeo obtenemos redundancia en los medios de transmisioacuten y en lastarjetas tanto del SGSN como de la BSC

Figura 42 Expansioacuten de Gb

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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412 Capacidad de usuarios registrados simultaacuteneos

El SGSN maneja el contexto de movilidad de los usuarios tiene la funcioacuten de saber endonde se encuentran los usuarios y como llegar a ellos la capacidad de cuantos usuariospuede manejar el SGSN esta determinado por el hardware y las licencias comercialescompradas La prediccioacuten que obtuvimos en el capitulo anterior mostraba que tendriacuteamosun numero mayor de usuarios al que el SGSN podriacutea manejar

Una terminal que quiere acceder a nuestra red primero se registra y despueacutes activa elcontexto pdp una vez que termina de utilizar los servicios de datos desactiva el contextopdp pero no todas las terminales terminan su registro es decir estas terminales estaacuten enestado inactivo aunque el SGSN mantiene un rastreo de su posicioacuten geograacutefica Esto noes conveniente para nosotros ya que estas terminales ocupan una licencia del SGSN sin

producirnos beneficio alguno esto se puede atacar reduciendo 2 timers

Detach Timer este temporizador nos da el tiempo que un usuario puede estar registradoen la red sin activar un contexto PDP una vez terminado el tiempo se elimina al usuariodel SGSN

MS Reachabilty Timer este temporizador involucra al proceso de sentildealizacioacutenldquoPeriodical Routing Area Updaterdquo Cuando un usuario se registra en la red se le enviacuteacada cuanto tiempo tiene que realizar un ldquoPeriodical RAUrdquo sin importar el estado delmoacutevil este debe de reportarse con la red si no lo hacen se activa este temporizador Si setermina el tiempo y el moacutevil no ha realizado ninguacuten proceso de sentildealizacioacuten su registro

seraacute eliminado del SGSN

Estos temporizadores nos ayudaran con dos casos distintos El ldquoDetach Timerrdquo se aplica alas terminales que siempre buscan estar registradas en la red aunque no vayan a transmitiro recibir nada generalmente estos son modelos de terminales antiguos El ldquoMSReachabilty Timerrdquo ayuda con los problemas de cobertura generalmente un moacutevil que noha realizado el ldquoPeriodical RAUrdquo es porque ya no tiene radio muy pocos son los casosde malfuncionamiento de las propias

La primera vez que se reducen estos temporizadores provocara una disminucioacutenimportante en el nuacutemero de usuarios registrados simultaacuteneos

413 Capacidad de Interfaz Gr

La capacidad de esta interfaz esta dada por el SGSN en si existe un limite de trafico quepuede procesar utilizando E0acutes ambos SGSNacutes tienen un restriccioacuten del 20 por cadaenlace Ya que se ha determinado que la capacidad actual (veacutease figura 43) no seraacutesuficiente es necesario decidir si seguiremos utilizando TDM como transporte omigraremos a SIGTRAN la gran ventaja de SIGTRAN es que la capacidad maacutexima delsistema esta disponible desde el principio no va en funcioacuten de cuantos enlaces TDMtenemos sin embargo es necesario tener la infraestructura IP para comunicar al SGSN ylos STPacutes

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Se tomo la decisioacuten de una expansioacuten a la maacutexima capacidad en TDM para los nodos con

mayor crecimiento esperado y en cuanto la infraestructura este lista migariacuteamos todos losSGSNacutes a SIGTRAN

La expansioacuten TDM se realizo de la siguiente forma

Es necesario reconfigurar el numero de E0acutes que componen a cada link setacutes ya quecontamos con 2 E1acutes comunicando al SGSN es necesario intercalar a que link setpertenece cada E0 (veacutease figura 44) de esta forma obtenemos proteccioacuten contra fallas en elhardware y en el medio de transmisioacuten

Figura 43 Configuracioacuten actual de Gr

Figura 44 Expansioacuten de Gr

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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4131 SIGTRAN

Una vez que la infraestructura para IP esta lista se procederaacute con la migracioacuten eldiagrama de conexioacuten variacutea para cada SGSN

Para el nodo NSN la redundancia se alcanza tanto fiacutesica como loacutegicamente laredundancia fiacutesica se tiene con 2 dos interfaces para cada tarjeta (veacutease figura 45) se debeconectar cada interfaz a un quipo distinto

La redundancia loacutegica se configura conectando 2 tarjetas por cada link set (veacutease figura 46)todas con ip distintas y manteniendo la asociacioacuten arriba todo el tiempo

Figura 45 Conexioacuten fiacutesica en SIGTRAN para Nokia

Figura 46 Asociaciones M3UA para Nokia

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Aquiacute tanto la conectividad fiacutesica como los procesos de sentildealizacioacuten son ejecutados en lamisma tarjeta

En la caja de Ericsson la redundancia se alcanza de forma distinta lo primero quedebemos tomar en cuenta es que la conectividad fiacutesica y el servicio de sentildealizacioacuten en siacuteestaacuten en tarjetas distintas

Para la redundancia fiacutesica tenemos dos tarjetas que funcionan como routers conectadas ala red de transporte en equipos distintos (veacutease figura 47) todo el trafico ira por una solatarjeta pero si esta falla el sistema esta configurado para que trafico conmute hacia la otraEl servicio de sentildealizacioacuten en si esta corriendo en 2 tarjetas independientes se establecenasociaciones primarias y secundarias con los STPacutes en cada una de ellas si perdemos unatarjeta de servicio la otra podraacute mantener comunicacioacuten sin problemas (veacutease figura 47)

Una vez que los SGSNacutes tienen comunicacioacuten con los STPacutes por SIGTRAN la migracioacutende las rutas de los HLRacutes se puede hacer de manera gradual Primero configuraremosambas tecnologiacuteas para cada HLRacutes con la misma prioridad compartiendo carga Pocodespueacutes se puede cambiar la prioridad de TDM por una mas baja con esto todo el traacuteficotendraacute como primera opcioacuten SIGTRAN contando como respaldo TDM Una vez que sehaya probado la estabilidad de SIGTRAN las rutas de TDM pueden ser eliminadas

Es necesario entender que la comunicacioacuten en SIGTRAN es solamente entre el SGSN ylos STPacutes el STP funciona como un gateway de sentildealizacioacuten la forma en que la red desentildealizacioacuten transporte el traacutefico mas allaacute de este punto no nos afecta

Figura 47 Configuracioacuten SIGTRAN para Ericsson

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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414 Capacidad interfaz Gy

La interaccioacuten con el sistema de prepago se implemento primero a traveacutes de un tercerquipo el ldquoAnalizador de traficordquo (veacutease figura 48) Este equipo se conectaba al GGSN y alsistema de prepago Cada vez que el GGSN recibiacutea una peticioacuten de activacioacuten contextoestableciacutea una sesioacuten de RADIUS con el TA este a su vez iniciaba una consulta aprepago para saber si el usuario era prepago o pospago si el usuario era prepago el cobrose realizaba en tiempo realPara poder realizar estas funciones el TA tendriacutea que controlar todas las activaciones decontexto y filtrar el traacutefico de los usuarios esto lo convirtioacute en un punto muy sensible yaque cualquier falla afectariacutea a la red completa

La cantidad de transacciones por segundo que esperaacutebamos sobrepasaba por mucho lacapacidad de este nodo por lo que fue necesario separar sus funciones La primera de ellaera la consulta necesaria para saber si un usuario era prepago o pospago Esto se puedesolucionar desde el HLR en el perfil del usuario es posible configurar un campo para

saber si es prepago o pospago la configuracioacuten de esta bandera para cada usuario llevoalgunos meses Esta solucioacuten no implicariacutea un aumento en las transacciones desentildealizacioacuten ya que el perfil lo obtenemos durante el proceso de registro Simplementehay que habilitar en el SGSN una funcioacuten que se llama ldquoCharging Characteristicsrdquo conesto el SGSN enviacutea este dato en la peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP que enviacutea alGGSNEl cobro en tiempo real de los usuarios de prepago se mejoro comunicando directamenteal GGSN con el sistema de prepago mediante la interfaz Gy utilizando como protocolodiameter La gran diferencia entre diameter y radius es el transporte que utilizan radiusutiliza UDP y diameter utiliza TCP cuando habiacutea congestioacuten en RADIUS los mensajes

TA

Figura 48 Interaccioacuten con prepago a traveacutes del TA

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

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3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

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Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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simplemente se pierden diameter tiene muchas mas tolerancia a estos problemas ya queTCP maneja las retransmisiones de los mensajes perdidos

En esta parte tenemos que involucrar una nueva funcionalidad en los GGSNacutes DPIldquoDeep Packet Inspectionrdquo Al principio se menciono que las aacutereas comerciales queriacuteanrealizar un cobro diferenciado ciertas paginas web deberiacutean ser gratis la uacutenica forma dehacer esto es clasificar el traacutefico de los usuarios Esta clasificacioacuten se puede realizar porip destino puerto utilizado direccioacuten web navegada etc La forma en que esto funcionaes realmente simple el GGSN debe de revisar el encabezado de capa 3 y capa 7 de cadauno de los paquetes que transporta obtener de ellos los datos que necesita y compararloscon las reglas que tenga configuradas clasificando y cobrando el paquete de acuerdo aellasEl gran inconveniente de esto es la gran cantidad de recursos que consume este anaacutelisisesto es muy importante ya que se tiene que dimensionar el impacto que tendraacute esto en la

capacidad total del GGSN Esto presenta una disyuntiva en cuanto al disentildeo de la redmantener la inspeccioacuten de traacutefico dentro de los GGSNacutes con todas las limitaciones decapacidad que esto implica o integrar una caja que realice exclusivamente esta funcioacutenesto liberariacutea los recursos del GGSN pero traeriacutea nuevos posibles puntos de falla a la red

415 Capacidad de RADIUS

La funcioacuten principal del WAP Gateway es adecuar el contenido de las paacuteginas de interneta las capacidades teacutecnicas de los moacuteviles un celular no tiene la misma capacidad dememoria o procesamiento que una computadora Tambieacuten interactuacutea con otros sistemascomo el sistema de cobro de contenidos ringtones o video juegos es un ejemplo el

sistema de mensajes multimedia etc Para poder realizar sus funciones correctamentenecesita tener la relacioacuten de los usuarios y la direccioacuten ip que utilizan esto datos losobtiene del GGSN mediante sesiones de RADIUS El WAP Gateway debe de ser capazde procesar tantas sesiones de RADIUS provenientes del GGSN como activaciones decontexto para el apn de wap tengamos de lo contrario tendremos problemas en laactivacioacuten de contexto PDP reflejaacutendose como tiempos de espera muy elevados en lasrespuestas entre los elementos de la red

Una vez obtenidos los caacutelculos y vista superada la capacidad del WAP Gateway seraacutenecesaria una expansioacuten en este nodo sin embargo en caso de problemas muy serios decongestioacuten se pueden realizar algunas adecuaciones en el GGSN que nos ayudaran a

disminuir la carga

En el GGSN se pueden configurar como se establecen las sesiones de RADIUS cuandorecibimos una peticioacuten de activacioacuten de contexto PDP para WAP el GGSN inicia lasesioacuten de RADIUS y enviacutea los datos del usuario depende de la forma de configuracioacutenen modo ldquoAcknowledgerdquo o ldquoUnacknowledgerdquo si esperamos o no a que el WAP nosenviacutee una confirmacioacuten de que recibioacute los datos del usuario para que el GGSN le active elcontexto PDP al usuario Utilizando el modo ldquoUnacknowledgerdquo reducimos un poco lacarga de sentildealizacioacuten entre ambos nodos ya que no hariacuteamos ninguacuten reintento porestablecer la sesioacuten de RADIUS no expiraran los tiempo de espera entre los nodos y sereducen los mensajes de error que recibe el usuario final sin embargo si activamos el

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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contexto de un usuario y el WAP Gateway no recibioacute sus datos simplemente no tendraacutetrafico

42 Adecuaciones necesarias para 3G

421 Anaacutelisis de arquitectura centralizada para servicio de Banda Ancha

Como vimos en los primeros capiacutetulos 3G afecta directamente a la capacidad detransporte de la Red analizando el estado actual de la red se llego a las siguientesconclusiones

bull Capacidad de enlaces en interfaz Iu insuficientebull Capacidad de SGSN Nokia en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de enlaces Gn insuficientebull Capacidad de GGSN en procesamiento de paquetes insuficientebull Capacidad de Firewall en la salida a internet insuficientebull Capacidad salida internet insuficiente

Lo que tenemos que hacer simplemente es aumentar la capacidad de transporte de todanuestra red Si mantenemos la arquitectura actual centralizando los servicios es necesarioaumentar la capacidad de todos nuestros nodos y de los enlaces que los comunican

Los puntos de accioacuten necesarios son

bull Aumento de capacidad de enlaces intra regionales interfaz Iubull Implementacioacuten de nuevos SGSNacutes capacidad de procesamiento de traacutefico de

usuariobull Aumento de capacidad de enlaces inter regionales interfaz Gnbull Implementacioacuten de nuevos GGSNacutes capacidad de inspeccioacuten de traacutefico de

usuariobull Incremento en capacidad de Firewall e integracioacuten de nuevas salidas a internet

interfaz Gi

Revisando la arquitectura de red actual se encontraron posibles puntos de falla

bull El mantener los servicios masivos centralizados implica grandes costos en eltransporte ya que la interfaz Gn viaja desde todas las regiones del paiacutes hacia elcentro

bull Existe una gran dependencia de los enlaces que comunican al DF con todo el paiacutessi estos enlaces fallan afectaremos al trafico de toda la red

bull La cantidad de GGSN y FWacutes necesarios hacen que el espacio fiacutesico y la fuerzaque requieren no sea factible en una sola central una oscilacioacuten en la fuerza delsitio repercutiriacutea de forma general

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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422 Clusters regionales

Esto puede ser resuelto si dejamos la arquitectura centralizada y disentildeamos pequentildeosclusters regionales Dividiremos a la red en celdas cada una de ellas tendraacute sus propiosGGSNacutes Firewalls y salida propia a Internet (veacutease figura 49)

Para poder implementar una solucioacuten como esta seraacute necesario integrar los nodos de lared GPRS a una red de transporte nueva switches y routers con gran capacidad

Cada cluster estaraacute compuesto 2 GGSNacutes 2 Firewallacutes y 2 salidas a Internet separadasgeograacuteficamente (veacutease figura 410)

Figura 49 Clusters Regionales

Figura 410 Configuracioacuten Gi para Cluster Regional

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Con esta configuracioacuten ambos GGSNacutes daraacuten servicio a ambas regiones esto se lograconfigurando el DNS para que resuelva con la direccioacuten de ambos nodos cada vez que

alguacuten SGSN realice una consulta de esta forma si perdemos un GGSN simplemente elotro tomara toda la carga En cuanto al Firewall y la salida a Internet tambieacuten tenemosredundancia ya que si perdemos cualquiera de estos elementos mediante ruteo se puederedireccionar el traacutefico hacia la otra regioacuten Es importante que el enlace inter-regional quelos comunica este dimensionado para soportar la Gn completa de cualquiera de lasregiones La cantidad de GGSN requeridos en cada cluster depende de la cantidad detraacutefico que esperamos y de la capacidad de los nodos que utilizaremos

423 Migracioacuten a nueva red de transporte

Para que esta configuracioacuten sea posible es necesario migrar los nodos de la red a equipos

de transporte con mayor capacidad

Con este disentildeo tenemos un alto grado de resistencia a las fallas fiacutesicas como lo son lasfallas en cables o tarjetas de red sin embargo aquiacute hay que tener en cuenta la diferenciaentre interfaces fiacutesicas y loacutegicas (veacutease figura 411)La interfaz que existe entre los nodos y los switches debe tener la capacidad suficientepara transportar todo el traacutefico de cada caja no importa si se escoge compartir la carga o

mandar todo el traacutefico por una sola interfaz

4231 Anaacutelisis de Traacutefico

El siguiente punto es criacutetico la interfaz que comunica al router con el switch tendraacute quesoportar todo el traacutefico de las interfaces loacutegicas de todas las cajas Iu (SGSN - RNC) Gn( SGSN-GGSN ) Gi (GGSN-Firewall) y Gi (Firewall - Internet) Esto se debe a que todoel traacutefico debe llegar al router y de ahiacute ser enrutado hacia el siguiente nodo Si decidimosutilizar una sola rama del transporte es decir que todo el trafico vayan por el switch y elrouter uno la interfaz que comunica a estos elementos deberaacute de ser dimensionada a 3veces la Gn de ese SGSN (veacutease figura 412)

Figura 411 Nueva red de transporte

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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DIMENSIONAMIENTO Y OPTIMIZACION DE RED GPRSPARA OFRECER SERVICIOS DE BANDA ANCHA Y PREPAGO

5459

Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Como podemos observar la interfaz de Gn y Gi de cada nodo tiene tanto vlanacutes comodireccionamiento fiacutesico perteneciente a subredes distintas debido a esto es necesario que

todo el traacutefico suba al router para ser direccionado al destino correctoEsto se puede solucionar si logramos que todos los elementos involucrados en cadainterfaz pertenezcan a la misma VLAN y tengan direccionamiento perteneciente a lamisma subred

Una vez que hemos conseguido conectividad fiacutesica sin tener que pasar por el router lo

siguiente seraacute el enrutamiento entre los elementos que conforman cada interfazPara esto hay que entender como funciona cada modelo de SGSN y GGSNLos SGSNacutes Nokia utilizan la misma ip para la conectividad fiacutesica como para ofrecer losservicios de Gn sin embargo el SGSN Ericsson utiliza ipacutes distintas una ip para laconectividad fiacutesica y una para ofrecer el servicio de Gn estas ipacutes no pueden perteneceral mismo segmento de redTodos los GGSNacutes y Firewalls que tenemos utilizan direccionamiento distinto tanto paralas interfaces fiacutesicas como para los servicios de Gn y GiExisten otras limitaciones en cuanto a los protocolos de enrutamiento que puedenmanejar los nodos todos los nodos de nuestra red pueden manejar protocolos deenrutamiento dinaacutemicos el ejemplo mas simple es OSPF a excepcioacuten de los SGSNacutes

Nokia con ellos solamente podremos utilizar enrutamiento estaacutetico

Para la interfaz Gn utilzaremos dos soluciones dependiendo de que SGSN tengamos enel caso de Nokia utilizaremos rutas estaacuteticas

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn GGSN IP Interfaz Fiacutesica del GGSN

Para los SGSNacutes de Ericsson estableceremos 2 vecindades de OSPF una con la subinterfaz Gn del router y otra con el GGSN la tabla de enrutamiento quedara de la mismaforma que en el ejemplo anterior con la ruta de default apuntando hacia el router y la ruta

Figura 414 Cambio de configuracioacuten IP

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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de los servicios de Gn del GGSN apuntando a las ipacutes de las interfaces fiacutesicas del GGSNLa principal ventaja entre los protocolos de enrutamiento estaacuteticos y los dinaacutemicos es

que en estos uacuteltimos los cambios en el direccionamiento se propagan en automaacutetico conlas rutas estaacuteticas es necesario reescribirlas con cada cambio

La tabla de enrutamiento en el GGSN para Gn quedaraacute de la siguiente forma

SGSN Nokia

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Gn SGSN

SGSN Ericsson

0000 Sub interfaz Gn RouterServicio Gn SGSN IP Interfaz fiacutesica SGSN

Para la conexioacuten en la Gi los GGSNacutes estableceraacuten dos vecindades de OSPF una hacia lasubinterfaz Gi del router y otra con el firewall la tabla de enrutamiento seraacute

Gi0000 Firewall0000 Sub interfaz Gi Router

Lo importante aquiacute es entender la diferencia entre la Gn y la Gi el traacutefico de Gn essiempre entre el SGSN y el GGSN las direcciones de estos elementos no cambian Ladireccioacuten de default que observamos en las tablas de Gn se utilizara cuando los nodos setengan que comunicar con alguacuten SGSN o GGSN en otra regioacuten del paiacutes En la Gi lacomunicacioacuten es entre las ipacutes de los usuarios e Internet cada usuario visitara una paginaweb diferente y como no tenemos una ruta especiacutefica para cada sitio web todo esenrutado hacia la ruta default A traveacutes de las vecindades de OSPF el GGSN estarecibiendo dos rutas default cual tomara como primaria esta dado por el costo de la rutaque cada nodo le anuncia este costo de OSPF es configurado en cada nodo lo queharemos seraacute configurar al firewall para que anuncie la ruta con menor costo

Ahora que ya no hay problemas con las interfaces que comunican a los nodos esnecesario implementar una solucioacuten al procesamiento de los nodos como hablamos alprincipio tanto el SGSN como el GGSN tienen un capacidad limitada de paquetes porsegundo que pueden cursar

424 Direct Tunnel

En el SGSN existe una opcioacuten como se menciona anteriormente las interfaces Gn e IuUP utilizan el mismo protocolo de transporte GTP por lo que es posible enviardirectamente el trafico del GGSN hasta la RNC a esta configuracioacuten se le llama ldquoDirectTunnelrdquo

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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Capiacutetulo 5

CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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El principio bajo el que funciona es muy simple cuando realizamos el proceso de

sentildealizacioacuten de Activacioacuten de Contexto PDP todos los nodos involucrados tienen elTunnel Id del nodo al que deben enviar la informacioacuten

El GGSN tiene la direccioacuten ip del SGSN y un Tunnel Id para sentildealizacioacuten y otro paratraacutefico de usuarioEl SGSN por su parte tiene la direccioacuten ip del GGSN y los Tunnel Id de sentildealizacioacuten ytrafico asiacute como el tunnel id del RNC para el trafico de usuarioLa RNC tiene el tunnel Id del SGSN para el trafico de usuario

Cuando un usuario requiera transmitir algo lo primero que se hace es asignarle recursosde radio en la RNC cuando esto ocurra realizaremos un proceso de sentildealizacioacuten llamado

Actualizacioacuten de Contexto PDP ldquoengantildeandordquo al GGSN dicieacutendole que el usuario hacambiado de SGSN y que estos son los nuevos datos le enviaremos los datos de la RNCcon esto se debe de establecer un nuevo tunnel GTP ndash U entre estos nodos

Este proceso se basa en la sentildealizacioacuten de la interfaz Gn por lo que no es necesarianinguna modificacioacuten en la RNC o el GGSN sin embargo es necesario asegurar que hayacomunicacioacuten ip entre el GGSN y las RBCacutes Hay que tomar en cuenta que lasentildealizacioacuten entre el SGSN y el GGSN va a aumentar ya que por cada peticioacuten derecursos de radio en 3G abra una Actualizacioacuten de Contexto PDP

Con la introduccioacuten de esta nueva funcionalidad el SGSN dejara de procesar todo eltraacutefico de la APN para la que se configure ldquoDirect Tunnelrdquo El objetivo es implementaresto para las apnacutes masivas internet es un ejemplo de esta forma el SGSN ya solo seharaacute cargo de la sentildealizacioacuten con el GGSN y la RNC

Figura 415 Sentildealizacioacuten para Direct Tunnel

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CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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Participacioacuten

Como analista del departamento de Optimizacioacuten de Red GPRSCore Datos misfunciones principales fueron

bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

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CONCLUSIONESEl dimensionamiento realizado al inicio de la integracioacuten de la red 3G nos dio una ideadel impacto que tendriacutea esta nueva tecnologiacutea en los nodos que integran la red de datosasiacute como en los nodos utilizados en el transporte Esto nos dio la pauta y las prioridadesen las actividades que debimos realizar para poder un brindar un excelente servicio anuestros clientes durante este proceso de integracioacuten

El primer ejercicio de dimensionamiento se realizo con datos proporcionados por lasaacutereas comerciales cuantos usuarios esperaacutebamos de 3G cuantos usuarios nuevos deprepago tendriacuteamos etc Una vez que tengamos una tendencia de crecimiento estable lomejor es volver a realizar el dimensionamiento con los datos que vayamos recolectandode usuarios reales Se tiene que tomar en cuenta que el comportamiento de los usuariosno seraacute lineal muchiacutesimos son los factores que afectan esto principalmente comercialesLos ejemplos maacutes sencillos son las bajas en las tarifas de cobro o alguacuten modelo deteleacutefono nuevo que llega al mercado por lo que realizar ejercicios de dimensionamientoperioacutedicamente y mantener un monitoreo constante sobre los porcentajes de ocupacioacuten ennuestras plataformas nos evitara sorpresas

Las formulas presentadas aquiacute fueron disentildeadas en base al anaacutelisis realizado de losprotocolos de sentildealizacioacuten de GPRS funcionamiento de los nodos involucrados y la

experiencia adquirida

El cambio de arquitectura de centralizada a clusters regionales mejora significativamenteel desempentildeo de la red disminuyendo los tiempos de respuesta y latencia entre nodosUn beneficio adicional fue la reduccioacuten de los costos de transporte

La implementacioacuten de nuevas tecnologiacuteas como son SIGTRAN y Direct Tunneldisminuiraacuten significativamente la carga de trabajo del SGSN esto significa un tiempo devida mayor para este nodo por otro lado los requerimientos de las aacutereas comercialeshacen mandatario la implementacioacuten de la inspeccioacuten de trafico en el GGSN reduciendosignificativamente la capacidad de estos nodos por lo que integrar nuevos nodos de gran

capacidad seraacute imperativo de ahora en adelante

Sin embargo mas allaacute de que tan precisas sean las predicciones realizadas es necesariotener comunicacioacuten constante con todas las aacutereas involucradas ya que siempre hayfactores inesperados durante el disentildeo implementacioacuten integracioacuten operacioacuten etc Parapoder sortear estos inconvenientes es necesario que todas las aacutereas tengan un alto gradode compromiso y disposicioacuten de esta forma cualquier detalle que surja durante esteproceso podraacute ser analizado y en consecuencia resuelto desde varios puntos de vista y demanera mucho maacutes raacutepida

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bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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Participacioacuten

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bull Analizar el comportamiento de los protocolos de sentildealizacioacuten involucrados ycorrelacionarlo con los posibles impactos en el funcionamiento de los nodos

bull Disentildeo de formulas de dimensionamientobull Dimensionamiento de los nodos SGSN y GGSNbull Dimensionamiento del traacutefico esperado en las interfaces Gb Iu Gn Gr Gy y Gibull Disentildeo e implementacioacuten de SIGTRANbull Expansioacuten de interfaces Gb e Iubull Coordinacioacuten de los trabajos necesarios para la implementacioacuten de nuevos nodos

asiacute como las migraciones de traacutefico hacia ellosbull Coordinacioacuten de las migraciones hacia la nueva red de transportebull Trouble shooting necesario durante las afectaciones de servicio ocurridas durante

o despueacutes de las actividades antes mencionadas

Si bien los conocimientos necesarios para todas estas actividades los he adquirido durantemi experiencia profesional la educacioacuten recibida en la UNAM me dio las bases parahacerlo Lo primero que se nos ensentildea como ingenieros es a asumir la responsabilidad detodas las actividades que realizamos para esto es necesaria una total comprensioacuten deltrabajo a realizar y de las variables que lo afectaran disminuyendo la probabilidad deposibles eventualidades El trabajo en equipo es fundamental para realizar un buentrabajo de ingenieriacutea para que esto funcione debemos de saber y comprender el trabajoque realizan los miembros de nuestro equipo de esta forma podemos entender como nosafecta su trabajo y como podemos ayudarlos a ellos Una buena coordinacioacuten disminuiraacuteel tiempo de respuesta hacia los retos maacutes difiacuteciles que enfrentemos Sin duda alguna loshaacutebitos de estudio y trabajo inculcados durante la carrera me han dado una visioacuten distintade la ingenieriacutea y gracias a ello he podido desempentildearme exitosamente en mi vidaprofesional

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003

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BIBLIOGRAFIacuteA

3GPP TS 24008 ldquo Mobile radio interface Layer 3 specificationrdquo Rel 7

3GPP TS 29060 ldquoGPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interfacerdquo Rel 99

3GPP TS 23107 ldquoQoS Concept and Architecturerdquo Rel 99

3GPP TS 23016 ldquoSubscriber data management Stage 2rdquo Rel 99

3GPP TS 23060 ldquoService description Stage 2rdquo Rel 5

3GPP TS 25413 ldquoUTRAN Iu interface RANAP signallingrdquo Rel 99

3GPP TS 29202 ldquoSS7 Signalling Transport in Core Networkrdquo Rel 4

Andersson Christoffer ldquoGPRS and 3G Wireless Applicationsrdquo John WILEY amp Sons 2001

Sanders Geoff ldquoGPRS Networksrdquo John WILEY amp Sons 2003

Hillebrand Friedhelm ldquoGSM and UMTSrdquo John WILEY amp Sons 2001

Kreher Ralf ldquoUMTS Performance Measurementrdquo John WILEY amp Sons 2001

Guoyou He ldquoUMTS Procedure Examplesrdquo Special Course in Data Communications 2003